JP7242841B2 - Robot-assisted movement of elongated medical devices - Google Patents

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Description

[関連出願の相互参照]
本願は、2018年9月19日出願の米国仮出願No.62/733,429「ROBOTIC ASSISTED MOVEMENTS OF PERCUTANEOUS DEVICES」と、2019年2月11日出願の米国仮出願No.62/803,899「PROXIMAL DEVICE FIXATION WITH SINGLE FAULT」の優先権及び利益を主張するものであり、これら出願の全ては本明細書に援用される。
[Cross reference to related applications]
This application is the subject of U.S. Provisional Application No. 2018/09/19. 62/733,429, "ROBOTIC ASSISTED MOVEMENTS OF PERCUTANEOUS DEVICES," and US Provisional Application No. 62/803,899 "PROXIMAL DEVICE FIXATION WITH SINGLE FAULT", all of which are incorporated herein by reference.

[技術分野]
本発明は、概して言うとカテーテル処置システムの分野に関し、具体的には、ガイドワイヤ及び/又はカテーテルのような細長い医療機器を自動的に動作させるロボットシステム及び方法に関する。
[Technical field]
The present invention relates generally to the field of catheterization systems, and more particularly to robotic systems and methods for automatically operating elongated medical devices such as guidewires and/or catheters.

カテーテル(及び他の細長い医療機器)は、神経介入手術、経皮冠動脈インターベンション(PCI)及び末梢血管インターベンション(PVI)としても知られる神経血管インターベンション(NVI)を含む、様々な血管系の疾患に対する診断及び治療のために、多くの低侵襲医療処置に使用可能である。これらの処置は、通常、血管系を通してガイドワイヤをナビゲートし、そしてガイドワイヤを介してワーキングカテーテルを前進させ、治療を行うことを含む。カテーテル処置は、基準経皮的技法を用い、シース又はガイドカテーテルで、動脈や静脈などの適切な血管に経路を得ることから始まる。次いで、シース又はガイドカテーテルは、診断ガイドワイヤを通して、NVIでは内頸動脈、PCIでは冠動脈口、PVIでは浅大腿動脈など、主要な位置まで進められる。続いて、血管系に適したガイドワイヤを、シース又はガイドカテーテルを通して、血管系内の標的位置までナビゲートする。曲がりくねった解剖学的構造のような特定の状況では、ガイドワイヤを通してサポートカテーテル又はマイクロカテーテルを挿入し、ガイドワイヤのナビゲーションを補助する。医者(オペレータ)は、撮像システム(例えば、透視鏡)を使用して造影剤注入を伴う影像を取得し、ロードマップとして使用する固定フレームを選択してガイドワイヤ又はカテーテルを病変部などの標的位置へナビゲートすることができる。医者がガイドワイヤ又はカテーテル機器を配送する間にコントラスト強調画像も得られるので、医者は、機器が標的位置へ正しい経路に沿って移動していることを確認することができる。透視法を用いて解剖学的構造を観察しながら、医者は、ガイドワイヤ又はカテーテルの近位端を操作して、遠位先端を適切な血管に向け、側枝に前進しないようにする。 Catheters (and other elongated medical devices) are used in a variety of vascular procedures, including neurointerventional surgery, percutaneous coronary interventions (PCI), and neurovascular interventions (NVI), also known as peripheral vascular interventions (PVI). It can be used in many minimally invasive medical procedures for diagnosis and treatment of disease. These procedures usually involve navigating a guidewire through the vasculature and advancing a working catheter over the guidewire to deliver the therapy. Catheterization begins with access to a suitable vessel, such as an artery or vein, with a sheath or guide catheter using standard percutaneous techniques. A sheath or guiding catheter is then advanced over the diagnostic guidewire to a key location, such as the internal carotid artery for NVI, the coronary ostium for PCI, or the superficial femoral artery for PVI. A guidewire appropriate for the vasculature is then navigated through the sheath or guiding catheter to a target location within the vasculature. In certain situations, such as tortuous anatomy, a support catheter or microcatheter is inserted through the guidewire to assist in navigating the guidewire. A doctor (operator) uses an imaging system (e.g., a fluoroscope) to acquire images with contrast agent injection, selects a fixed frame to use as a roadmap, and guides a guidewire or catheter to a target location such as a lesion. You can navigate to Contrast-enhanced images are also obtained while the physician delivers the guidewire or catheter device so the physician can confirm that the device is moving along the correct path to the target location. While viewing the anatomy using fluoroscopy, the physician manipulates the proximal end of the guidewire or catheter to direct the distal tip toward the appropriate vessel and avoid advancing into side branches.

例えばNVI、PCI、PVIなどのカテーテル処置を行う際に、医者を補助するために使用することのできるロボットカテーテル処置システムが開発されている。神経血管インターベンション(NVI)カテーテル処置の例に、動脈瘤のコイル塞栓術、動静脈奇形の液体塞栓術、及び急性虚血性脳卒中の状況における大血管閉塞の機械的血栓除去術が含まれる。NVIにおいて、医者は、ロボットシステムを用い、神経血管ガイドワイヤとマイクロカテーテルを操作して病変部への接触を得て、正常血流を回復させる治療を行う。到達経路はシース又はガイドカテーテルによってつくられるが、より末端の区域についてや、マイクロカテーテル及びガイドワイヤの適切な支持を提供するために、中間カテーテルを必要とすることもある。ガイドワイヤの遠位先端部は、病変の種類と治療に応じて、病変部の中か又は病変部の先へナビゲートされる。動脈瘤の治療では、マイクロカテーテルを病変部内に進め、ガイドワイヤを取り出し、マイクロカテーテルを通して数個のコイルを動脈瘤内に展開して動脈瘤の塞栓に使用する。動静脈奇形の治療では、液体塞栓がマイクロカテーテルを利用して奇形に注射される。血管閉塞を治療する機械的血栓除去術は、吸引又はステント回収器の使用のいずれかを通して実施される。吸引は、マイクロカテーテルを通して直接行うか、又は、より大きな口径の吸引カテーテルを用いて行う。吸引カテーテルが病変部に達すると、負圧をかけてカテーテルを通し血栓を除去する。あるいは、血栓は、マイクロカテーテルを通してステント回収器を配置することによって除去することができる。ステント回収器に血栓を取り込み、該ステント回収器及びマイクロカテーテルをガイドカテーテル内に引き込むことによって血栓が回収される。 For example, robotic catheterization systems have been developed that can be used to assist physicians in performing catheterization procedures such as NVI, PCI, and PVI. Examples of neurovascular intervention (NVI) catheter procedures include coil embolization of aneurysms, fluid embolization of arteriovenous malformations, and mechanical thrombectomy of large vessel occlusions in the setting of acute ischemic stroke. In NVI, a physician uses a robotic system to manipulate neurovascular guidewires and microcatheters to gain access to lesions and administer treatments to restore normal blood flow. The access path is created by a sheath or guide catheter, but may require an intermediate catheter for more distal areas and to provide adequate support for the microcatheter and guidewire. The distal tip of the guidewire is navigated into or beyond the lesion, depending on the lesion type and treatment. In treating an aneurysm, a microcatheter is advanced into the lesion, the guidewire is removed, and several coils are deployed through the microcatheter into the aneurysm for embolization of the aneurysm. In the treatment of arteriovenous malformations, liquid emboli are injected into the malformation using a microcatheter. Mechanical thrombectomy to treat vascular occlusions is performed either through aspiration or through the use of stent retrievers. Aspiration is performed directly through the microcatheter or with a larger bore aspiration catheter. When the aspiration catheter reaches the lesion, negative pressure is applied to remove the thrombus through the catheter. Alternatively, the thrombus can be removed by placing a stent retriever through the microcatheter. The thrombus is retrieved by capturing the thrombus in a stent retriever and drawing the stent retriever and microcatheter into the guide catheter.

PCIの場合、医者はロボットシステムを使用し、心臓ガイドワイヤを操作して病変部接触を得て、治療を行い正常な血流を回復させる。到達経路は、ガイドカテーテルを冠動脈口に配置することでつくられる。ガイドワイヤの遠位先端部は、病変部の先へナビゲートされ、複雑な解剖学的構造の場合はマイクロカテーテルがガイドワイヤを適切に支持するために使用される。血流は、ステント又はバルーンを病変部に送達して展開させることによって回復される。病変部は、病変部の事前拡張のためにバルーンを送達するか、あるいは、例えばレーザ又は回転式アテレクトミーカテーテルとガイドワイヤを通したバルーンを用いてアテレクトミーを行うことによる、ステント装着前の準備を要する場合がある。画像診断及び生理学的測定を、撮像カテーテル又はFFR測定を用いることにより、適切な治療法を決定するために実施してもよい。 In PCI, a physician uses a robotic system to manipulate a cardiac guidewire to gain lesion contact, administer therapy, and restore normal blood flow. An access path is created by placing a guide catheter into the coronary ostia. The distal tip of the guidewire is navigated beyond the lesion and a microcatheter is used to properly support the guidewire in complex anatomy. Blood flow is restored by delivering and deploying a stent or balloon to the lesion. The lesion requires preparation prior to stent placement, for example by delivering a balloon for predilation of the lesion or performing atherectomy using, for example, a balloon through a laser or rotating atherectomy catheter and guidewire. Sometimes. Imaging and physiologic measurements may be performed to determine appropriate therapy using imaging catheters or FFR measurements.

PVIの場合、医者はロボットシステムを用いて、治療を行いNVIと同様の技術で血流を回復させる。ガイドワイヤの遠位先端部を病変部の先へナビゲートし、マイクロカテーテルを用いて複雑な解剖学的構造に対するガイドワイヤの適切な支持を提供することができる。血流は、ステント又はバルーンを病変部に送達して展開することによって回復させる。PCIと同様に、病変部の準備、画像診断もまた使用することができる。 In the case of PVI, the doctor uses a robotic system to administer the therapy and restore blood flow with techniques similar to NVI. The distal tip of the guidewire can be navigated beyond the lesion and the microcatheter can be used to provide adequate support of the guidewire for complex anatomy. Blood flow is restored by delivering and deploying a stent or balloon to the lesion. Similar to PCI, lesion preparation, imaging can also be used.

一態様に係るシステムは、第1の細長い医療機器と第2の細長い医療機器とを有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備える。そのコントローラは、第1の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、この第1の細長い医療機器の特定された変位に応じて、第2の細長い医療機器を線状変位させるように、構成される。このときの第2の細長い医療機器の線状変位は、第1の細長い医療機器の線状変位と実質的に等しい量であり且つ第1の細長い医療機器の変位の方向とは反対の方向である。コントローラは、(a)第1の細長い医療機器又は(b)第2の細長い医療機器のいずれかの線状変位の少なくとも1つのパラメータを変更するようにさらに構成される。 A system according to one aspect comprises an apparatus having a first elongated medical device and a second elongated medical device, and a controller connected to the apparatus. The controller determines the amount and direction of linear displacement of the first elongated medical device and linearly displaces the second elongated medical device in response to the identified displacement of the first elongated medical device. configured to The linear displacement of the second elongated medical device at this time is an amount substantially equal to the linear displacement of the first elongated medical device and in a direction opposite to the direction of displacement of the first elongated medical device. be. The controller is further configured to change at least one parameter of linear displacement of either (a) the first elongated medical device or (b) the second elongated medical device.

一例において、その少なくとも1つのパラメータの変更は、第2の細長い医療機器の変位の量を制限することを含む。コントローラは、第2の細長い医療機器を線状変位させる駆動力の喪失が特定されると、少なくとも1つのパラメータを変更する。 In one example, changing the at least one parameter includes limiting the amount of displacement of the second elongated medical device. The controller changes the at least one parameter upon identifying a loss of driving force linearly displacing the second elongated medical device.

一例において、少なくとも1つのパラメータは、第1の細長い医療機器の変位の量又は速度を含む。一態様において、第1の細長い医療機器はカテーテルであり、第2の細長い医療機器はガイドワイヤである。 In one example, the at least one parameter includes an amount or rate of displacement of the first elongated medical device. In one aspect, the first elongated medical device is a catheter and the second elongated medical device is a guidewire.

一例において、第1の細長い医療機器の線状運動と第2の細長い医療機器の線状運動とは実質的に同時に起こる。 In one example, the linear motion of the first elongated medical device and the linear motion of the second elongated medical device occur substantially simultaneously.

一例において、コントローラは、第2の細長い医療機器の予期せぬ動作を識別し、この場合にコントローラは、第2の細長い医療機器の予期せぬ動作を識別したときに、第1の細長い医療機器又は第2の細長い医療機器の少なくとも1つのパラメータの変更を中止する。 In one example, the controller identifies the unexpected motion of the second elongated medical device, wherein the controller detects the motion of the first elongated medical device upon identifying the unexpected motion of the second elongated medical device. or discontinuing the modification of at least one parameter of the second elongated medical device.

一例において、コントローラは、センサからの入力による第2の細長い医療機器の動作の検出に基づいて、第2の細長い医療機器の有無を検出する。コントローラは、第2の細長い医療機器の不在を検出したときに、第1の細長い医療機器又は第2の細長い医療機器の少なくとも1つのパラメータの変更を中止する。 In one example, the controller detects the presence or absence of the second elongated medical device based on detecting motion of the second elongated medical device from input from the sensor. The controller ceases altering at least one parameter of the first elongated medical device or the second elongated medical device upon detecting the absence of the second elongated medical device.

一例において、コントローラは、第2の細長い医療機器の線状変位が第1の細長い医療機器の特定された変位の第1の閾値を越えなければ、第2の細長い医療機器の線状変位を終了させる。コントローラは、第2の細長い医療機器の線状変位が第1の細長い医療機器の特定された変位の第2の閾値を越えるときに、第2の細長い医療機器の線状変位を再開する。第2の閾値は第1の閾値よりも大きい。 In one example, the controller terminates the linear displacement of the second elongated medical device if the linear displacement of the second elongated medical device does not exceed a specified first threshold of displacement of the first elongated medical device. Let The controller resumes linear displacement of the second elongated medical device when the linear displacement of the second elongated medical device exceeds a second specified threshold of displacement of the first elongated medical device. The second threshold is greater than the first threshold.

一例において、システムは、さらに、第2の細長い医療機器と同様に挙動が制限される1つ以上の別の細長い医療機器を含む。 In one example, the system further includes one or more separate elongated medical devices whose behavior is restricted in the same manner as the second elongated medical device.

一態様に係るシステムは、少なくとも1つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置と、該細長い医療機器装置に接続されたコントロールステーションとを備える。コントロールステーションは、ユーザコマンドに応答して細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含む。所定の動作パターンは、細長い医療機器の縦軸を中心とする細長い医療機器の振動である。補助コマンドが振動の振幅を変更する。 A system according to one aspect comprises an elongated medical device device having at least one elongated medical device, and a control station connected to the elongated medical device device. The control station includes a control module that performs predetermined motion patterns of the proximal portion of the elongated medical device in response to user commands. The predetermined motion pattern is oscillation of the elongated medical device about the longitudinal axis of the elongated medical device. Auxiliary commands change the amplitude of the vibration.

一例において、補助コマンドは、振幅を減少又は増加させることで振動の振幅を変更する。 In one example, the auxiliary command modifies the amplitude of vibration by decreasing or increasing the amplitude.

一例において、補助コマンドは、振幅を偏らせることで振動の振幅を変更する。偏りの生成は、振動の中心位置を動かすことを含む。 In one example, the auxiliary command modifies the amplitude of vibration by biasing the amplitude. Creating a bias involves moving the center of oscillation.

一例において、補助コマンドは、コントロールモジュール又はオペレータ入力デバイスのいずれかから受信される。 In one example, the auxiliary command is received from either the control module or the operator input device.

一例において、細長い医療機器の振動は、血管を通って前進するときに第1の振幅を有し、障害物を通り過ぎるときに第2の振幅を有する。 In one example, vibration of the elongated medical device has a first amplitude when advancing through a vessel and a second amplitude when passing an obstacle.

一例において、所定の動作パターンは、細長い医療機器の線状動作時にのみ起動される。コントロールモジュールは、線状動作が止められるとき又は反転されるとき又は押される(小突かれる)ときに、細長い医療機器の振動を中止する。 In one example, the predetermined motion pattern is activated only during linear motion of the elongated medical device. The control module ceases vibration of the elongated medical device when the linear motion is stopped or reversed or pushed (poked).

一例において、振動の少なくとも1つのパラメータが設定可能であり、該パラメータは、周波数、振幅、又は回転速度である。 In one example, at least one parameter of the vibration is configurable, the parameter being frequency, amplitude, or rotational speed.

一態様に係るシステムは、少なくとも1つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置とコントロールステーションとを備える。コントロールステーションは、細長い医療機器の線状変位に関するユーザーコマンドに応答して細長い医療機器の近位部分の動作パターンを実行するためのコントロールモジュールを含む。動作パターンは、細長い医療機器の縦軸を中心とした細長い医療機器の一方向への継続回転を伴う線状変位である。動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される。 A system according to one aspect includes an elongated medical device apparatus having at least one elongated medical device and a control station. The control station includes a control module for executing motion patterns of the proximal portion of the elongated medical device in response to user commands regarding linear displacement of the elongated medical device. The motion pattern is linear displacement with continuous rotation of the elongated medical device in one direction about the longitudinal axis of the elongated medical device. The motion pattern is initiated with a forward linear displacement and aborted with a reverse linear displacement.

一例において、補助コマンドで動作パターンの回転速度を変更することができる。 In one example, the auxiliary command can change the rotational speed of the motion pattern.

一態様に係るシステムは、少なくとも1つの細長い医療機器を有する細長い医療機器装置とコントロールステーションとを備える。コントロールステーションは、ユーザコマンドに応答して細長い医療機器の近位部分の所定の動作パターンを実行するコントロールモジュールを含む。所定の動作パターンは、細長い医療機器の線状振動であり、この線状振動は、細長い医療機器の交互前進後進(往復)線状移動を含む。動作パターンは、前進線状変位で起動され、後進線状変位で中止される。 A system according to one aspect includes an elongated medical device apparatus having at least one elongated medical device and a control station. The control station includes a control module that performs predetermined motion patterns of the proximal portion of the elongated medical device in response to user commands. The predetermined motion pattern is a linear oscillation of the elongated medical device, which includes alternating forward and backward (reciprocating) linear movements of the elongated medical device. The motion pattern is initiated with a forward linear displacement and aborted with a reverse linear displacement.

一態様に係るシステムは、第1の細長い医療機器及び第2の細長い医療機器を有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備える。そのコントローラは、第1の細長い医療機器の動作に関するコマンドを受信し、第1の細長い医療機器を作動させ、第1の細長い医療機器の動作を検出し、検出された細長い医療機器の線状変位に応じて、第2の細長い医療機器の動作を第1の細長い医療機器の動作に同期させるように、構成される。 A system according to one aspect comprises an apparatus having a first elongated medical device and a second elongated medical device, and a controller connected to the apparatus. The controller receives commands relating to motion of the first elongated medical device, actuates the first elongated medical device, detects motion of the first elongated medical device, and linearly displaces the detected elongated medical device. in response to synchronizing operation of the second elongated medical device with operation of the first elongated medical device.

一例において、第1の細長い医療機器の動作及び第2の細長い医療機器の同期動作は、結果として前進線状変位を伴う小刻みの交互前進後進線状動作を含む。 In one example, the motion of the first elongated medical device and the synchronized motion of the second elongated medical device comprise alternating stepped forward and backward linear motions with resulting forward linear displacements.

本発明は、類似部分に参照番号を付してある次の図面と併せた以下の詳細な説明からより完全に理解される。
一実施形態に係るカテーテル式処置システムを例示する斜視図。 一実施形態に係るカテーテル式処置システムを例示する概略ブロック図。 一実施形態に係るカテーテル式処置システムのロボット駆動装置の斜視図。 カテーテル式処置システムにおける細長い医療機器(EMD)のロボット動作に関し、ここではウィグル(小刻み動作)と呼ぶ例示モードを説明する図。 カテーテル式処置システムにおけるEMDのロボット動作に関し、ここではドリル(穿孔動作)と呼ぶ例示モードを説明する図。 カテーテル式処置システムにおけるEMDのロボット動作に関し、ここではジャックハンマー(削岩動作)と呼ぶ例示モードの各位相を説明する図。 カテーテル式処置システムにおけるEMDのロボット動作に関し、ここではアクティブデバイス固定(ADF)と呼ぶ例示モードを説明する図。 図7の例示モードに関連する閉ループ操作の方法を説明するフローチャート。 カテーテル式処置システムにおける2つ以上のEMDの同期ロボット動作に関する例示モードを説明する図。 図4A及び図4Bの例示モードに関連する状態マシンコマンド図。 図4A及び図4Bの例示モードに関連する状態マシンコマンド図。 図5の例示モードに関連する状態マシンコマンド図。 図6の例示モードに関連する状態マシンコマンド図。 図6の例示モードに関連する状態マシンコマンド図。 図7及び図8の例示モードに関連する状態マシンコマンド図。 アクティブデバイス固定に関するアルゴリズム図の一例。 グラフィカルユーザインタフェースを例示する図。
The invention will be more fully understood from the following detailed description in conjunction with the following drawings in which like parts are numbered.
1 is a perspective view illustrating a catheter-based treatment system according to one embodiment; FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a catheter-based treatment system according to one embodiment; FIG. 1 is a perspective view of a robotic drive for a catheter-based treatment system according to one embodiment; FIG. ~ FIG. 3 illustrates an exemplary mode of robotic motion of an elongated medical device (EMD) in a catheter-based treatment system, referred to herein as wiggle. FIG. 3 illustrates an exemplary mode of robotic operation of an EMD in a catheter-based treatment system, referred to herein as drilling. FIG. 4 illustrates phases of an exemplary mode of robotic motion of an EMD in a catheter-based treatment system, referred to herein as jackhammering. FIG. 4 illustrates an exemplary mode of robotic operation of an EMD in a catheter-based treatment system, referred to herein as Active Device Fixation (ADF). 8 is a flow chart describing a method of closed-loop operation associated with the exemplary mode of FIG. 7; FIG. 4 illustrates an example mode for synchronized robotic operation of two or more EMDs in a catheter-based treatment system; 4A and 4B are state machine command diagrams associated with the exemplary modes of FIGS. 4A and 4B; 4A and 4B are state machine command diagrams associated with the exemplary modes of FIGS. 4A and 4B; 6 is a state machine command diagram associated with the exemplary mode of FIG. 5; FIG. 7 is a state machine command diagram associated with the exemplary mode of FIG. 6; FIG. 7 is a state machine command diagram associated with the exemplary mode of FIG. 6; FIG. 9 is a state machine command diagram associated with the exemplary modes of FIGS. 7 and 8; FIG. ~ An example of an algorithm diagram for fixing active devices. FIG. 4 is a diagram illustrating a graphical user interface;

図1は、一実施形態に係るカテーテル式処置システムを例示する斜視図である。図1に示すカテーテル式処置システム10は、カテーテル式医療処置、例えば、STEMIなどの経皮冠動脈インターベンション(PCI)、神経血管インターベンション(NVI)(急性脳主幹動脈閉塞(ELVO)の処置などの)、重症虚血肢(CLI)などの末梢血管インターベンション(PVI)といった経皮インターベンション処置、を実施するために使用される。カテーテル式医療処置には診断カテーテル処置が含まれ、この処置では、1つ以上のカテーテル(又は他の細長い医療機器(EMD))が患者の疾患の診断を補助するために使用される。例えば、カテーテル式診断処置の一実施形態においては、造影剤がカテーテルを通して1つ以上の動脈に注入され、患者の血管系の画像が撮像される。カテーテル式医療処置には、カテーテル式治療処置(血管形成術、ステント配置、末梢血管疾患治療、血塊除去、動静脈奇形治療、動脈瘤治療など)も含まれ、この処置では、カテーテル(又は他の細長い医療機器)が疾患を治療するために使用される。治療処置は、例えば、血管内超音波法(IVUS)、光干渉断層撮影法(OCT)、冠血流予備量比法(FFR)など、付属機器54(図2に示す)を用いて強化され得る。ただし、所定の経皮インターベンション機器又は部品(各種のガイドワイヤ、各種のカテーテルなど)を、実施すべき処置の種類に従って選択可能であることは、当業者には当然理解される。カテーテル式処置システム10は、処置に使用される所定の経皮インターベンション機器を収容するために若干の調節をして、あらゆる数のカテーテル式医療処置を実施することができる。 FIG. 1 is a perspective view illustrating a catheter-based treatment system according to one embodiment. The catheter-based treatment system 10 shown in FIG. 1 is used for catheter-based medical procedures, e.g., percutaneous coronary interventions (PCI) such as STEMI, neurovascular interventions (NVI), such as the treatment of acute major cerebral artery occlusion (ELVO). ), percutaneous interventional procedures such as peripheral vascular interventions (PVI) such as critical limb ischemia (CLI). Catheter-based medical procedures include diagnostic catheter procedures, in which one or more catheters (or other elongated medical devices (EMDs)) are used to help diagnose a patient's disease. For example, in one embodiment of a catheter-based diagnostic procedure, a contrast agent is injected through a catheter into one or more arteries and an image of the patient's vasculature is taken. Catheter-based medical procedures also include catheter-based therapeutic procedures (such as angioplasty, stent placement, peripheral vascular disease treatment, clot removal, arteriovenous malformation treatment, aneurysm treatment, etc.), in which a catheter (or other Elongated medical devices) are used to treat disease. Therapeutic treatments are enhanced using ancillary equipment 54 (shown in FIG. 2), such as, for example, intravascular ultrasound (IVUS), optical coherence tomography (OCT), fractional coronary flow reserve (FFR), and the like. obtain. However, it should be understood by those skilled in the art that a given percutaneous interventional device or component (various guidewires, various catheters, etc.) can be selected according to the type of procedure to be performed. Catheter-based treatment system 10 is capable of performing any number of catheter-based medical procedures with minor adjustments to accommodate a given percutaneous interventional instrument used in the procedure.

カテーテル式処置システム10は、とりわけ、ベッドサイドユニット20及びコントロールステーション26を含む。カテーテル式処置システム10の主要なビルディングブロックの全体像を図2に示し、以下に詳述する。ベッドサイドユニット20は、患者に隣接して置かれるロボット駆動装置24及び位置決めシステム22(ロボットアーム、多関節アーム、ホルダなど)を有する。ベッドサイドユニット20は、コントロール部及びディスプレイ部46(図2に示す)も有する。コントロール部及びディスプレイ部は、例えば、ロボット駆動装置24のハウジングに設置することができる。患者12はテーブル18上に支えられる。通例、ロボット駆動装置24は、(図2に示す)適切な経皮インターベンション機器又は他の付属品48(例えば、ガイドワイヤ、種々のカテーテル、バルーンカテーテル、ステント配置システム、ステント回収器、塞栓コイル、液体塞栓、吸引ポンプ、造影剤、医薬など)を備え、コントロールステーション26にあるコントロール部など種々のコントロール部を操作することによって、ユーザがロボットシステムによりカテーテル式医療処置を実行できるようにする。ベッドサイドユニット20、特にロボット駆動装置24は、ここに説明する機能をベッドサイドユニット20に提供するためにあらゆる数の及び/又は組み合せのコンポーネントを含み得る。ロボット駆動装置24は、レール60(図3に示す)に取り付けられた複数の機器モジュール32を含む。機器モジュール32の各々は、カテーテルやガイドワイヤなどの細長い医療機器を駆動するために使用される。例えば、ロボット駆動装置24は、患者12の動脈内に配置された診断カテーテルに及びガイドカテーテルにガイドワイヤを自動的に送り込むために使用される。EMDなどの1つ以上の機器は、例えば導入器及び導入器シースを用いて、挿入位置16で患者の体内(例えば血管)に入っていく。 Catheter-based treatment system 10 includes, among other things, bedside unit 20 and control station 26 . An overview of the major building blocks of catheter-based treatment system 10 is shown in FIG. 2 and described in detail below. The bedside unit 20 has a robotic drive 24 and a positioning system 22 (robot arm, articulated arm, holder, etc.) placed adjacent to the patient. The bedside unit 20 also has a control section and display section 46 (shown in FIG. 2). The controls and display may be mounted, for example, on the housing of the robot drive 24 . A patient 12 is supported on a table 18 . Typically, the robotic drive 24 is connected to suitable percutaneous interventional equipment (shown in FIG. 2) or other accessories 48 (e.g., guidewires, various catheters, balloon catheters, stent deployment systems, stent retrievers, embolization coils, etc.). , fluid embolization, aspiration pump, contrast media, medications, etc.), and by manipulating various controls such as those at control station 26, the robotic system enables a user to perform a catheter-based medical procedure. Bedside unit 20, and in particular robotic drive 24, may include any number and/or combination of components to provide bedside unit 20 with the functionality described herein. Robot drive 24 includes a plurality of equipment modules 32 mounted on rails 60 (shown in FIG. 3). Each instrument module 32 is used to drive an elongated medical instrument such as a catheter or guidewire. For example, the robotic drive 24 may be used to automatically feed guidewires to diagnostic catheters placed in arteries of the patient 12 and to guide catheters. One or more devices, such as an EMD, are advanced into the patient's body (eg, a blood vessel) at insertion location 16 using, for example, an introducer and introducer sheath.

ベッドサイドユニット20は、コントロールステーション26と通信しており、コントロールステーション26のユーザ入力によって生成される信号がベッドサイドユニット20へ送信され、ベッドサイドユニット20の様々な機能が制御される。図2を参照して後述するように、コントロールステーション26は、コントロールコンピューティングシステム34(図2に示す)を含むか、又は、コントロールコンピューティングシステム34を介してベッドサイドユニット20と接続される。ベッドサイドユニット20はまた、フィードバック信号(装填、速度、動作条件、警告信号、エラーコードなど)をコントロールステーション26かコントロールコンピューティングシステム34(図2に示す)、又はその両方に提供する。コントロールコンピューティングシステムとカテーテル式処置システム10の種々のコンポーネントとの間の通信は、コンポーネント間の通信を可能にする無線接続、有線接続、又は他のあらゆる手段であり得る通信リンクを介して提供される。コントロールステーション26又は他の類似のコントロールシステムは、ローカルサイト(例えば図2に示すローカルコントロールステーション38)又はリモートサイト(例えば図2に示すリモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム42)のいずれかに配置される。カテーテル式処置システム10は、ローカルサイトのコントロールステーションによって、リモートサイトのコントロールステーションによって、又は同時にローカルコントロールステーションとリモートコントロールステーションの両方によって、操作される。ローカルサイトでは、オペレータとコントロールステーション26が、患者12及びベッドサイドユニット20と同じ部屋か隣接する部屋にある。ここで使用されているのは、ローカルサイトが、ベッドサイドシステム20及び患者12(被験者)の場所であり、リモートサイトが、オペレータ(例えば医者)及びベッドサイドシステム20を遠隔制御するために使用されるコントロールステーション26の場所である。リモートサイトのコントロールステーション26(及びコントロールコンピューティングシステム)とローカルサイトのベッドサイドユニット20及び/又はコントロールコンピューティングシステムとは、通信システム及びサービス36(図2に示す)を使用して、例えばインターネットを通じて、通信する。一つの実施形態において、リモートサイトとローカル(患者)サイトとは、例えば、同じビル内の複数の部屋、同じ都市内の複数の建物、複数の都市内の複数の建物、又は、リモートサイトがローカルサイトのベッドサイドユニット20又は患者12と物理的接触をもたない別の場所、といったように、互いに離れている。 The bedside unit 20 is in communication with a control station 26 such that signals generated by user input at the control station 26 are sent to the bedside unit 20 to control various functions of the bedside unit 20 . Control station 26 includes or is connected to bedside unit 20 via control computing system 34 (shown in FIG. 2), as described below with reference to FIG. Bedside unit 20 also provides feedback signals (loading, speed, operating conditions, warning signals, error codes, etc.) to control station 26 and/or control computing system 34 (shown in FIG. 2). Communication between the control computing system and the various components of catheter-based treatment system 10 is provided via communication links, which may be wireless connections, wired connections, or any other means that allow communication between the components. be. Control station 26 or other similar control system is located either at a local site (eg, local control station 38 shown in FIG. 2) or at a remote site (eg, remote control station and computing system 42 shown in FIG. 2). . The catheter-based treatment system 10 may be operated by a local site control station, by a remote site control station, or by both a local control station and a remote control station simultaneously. At the local site, the operator and control station 26 are in the same or adjacent room as the patient 12 and bedside unit 20 . As used herein, the local site is the location of the bedside system 20 and the patient 12 (subject), and the remote site is used to remotely control the operator (e.g., doctor) and bedside system 20. location of the control station 26. The control station 26 (and control computing system) at the remote site and the bedside unit 20 and/or control computing system at the local site use communication systems and services 36 (shown in FIG. 2) to communicate over, for example, the Internet. ,connect. In one embodiment, the remote site and the local (patient) site are, for example, multiple rooms in the same building, multiple buildings in the same city, multiple buildings in multiple cities, or Remote from each other, such as a site bedside unit 20 or another location that does not have physical contact with the patient 12 .

コントロールステーション26は、通例として、カテーテル式処置システム10の各種コンポーネント又はシステムを作動させるためのユーザ入力を受信するように構成された1つ以上の入力モジュール28を含む。図示の実施形態でコントロールステーション26は、ユーザがベッドサイドユニット20を制御してカテーテル式医療処置を実施することを可能にする。例えば、入力モジュール28は、ベッドサイドユニット20に、ロボット駆動装置24に接続された種々の経皮インターベンション機器(例えば細長い医療機器)を使用して種々のタスクを実行させるように構成される(例えば、ガイドワイヤを前進、後退又は回転させる、カテーテルを前進、後退又は回転させる、カテーテルに位置したバルーンを膨張又は収縮させる、ステントを位置決めする及び/又は展開する、ステント回収器を位置決めする及び/又は展開する、コイルを位置決めする及び/又は展開する、カテーテルに造影剤を注入する、カテーテルに液体塞栓を注入する、カテーテルに医薬又は塩水を注入する、カテーテルで吸引する、カテーテル式医療処置の一部として実行され得る他のあらゆる機能を実行する、など)。ロボット駆動装置24は、経皮インターベンション機器を含むベッドサイドユニット20のコンポーネントの動作(例えば、軸方向及び回転方向の動作)を生じさせるための様々な駆動機構を含む。 Control station 26 typically includes one or more input modules 28 configured to receive user inputs for operating various components or systems of catheter-based treatment system 10 . In the illustrated embodiment, control station 26 allows a user to control bedside unit 20 to perform catheter-based medical procedures. For example, input module 28 is configured to cause bedside unit 20 to perform various tasks using various percutaneous interventional devices (e.g., elongated medical devices) connected to robotic drive 24 ( For example, advancing, retracting or rotating a guidewire; advancing, retracting or rotating a catheter; inflating or deflating a balloon located on a catheter; positioning and/or deploying a stent; or deploying, positioning and/or deploying a coil, injecting a contrast agent into a catheter, injecting a liquid embolus into a catheter, injecting a drug or saline into a catheter, aspirating with a catheter, a catheter-based medical procedure perform any other function that may be performed as a part, etc.). The robotic drive 24 includes various drive mechanisms for effecting motion (eg, axial and rotational motion) of the components of the bedside unit 20, including the percutaneous interventional equipment.

一実施形態において、入力モジュール28は、タッチスクリーン、1つ以上のジョイスティック、スクロールホイール、及び/又はボタンを含む。入力モジュール28に加えて、コントロールステーション26は、音声コマンドなどのためのフットスイッチやマイクロホンなどの別のユーザコントロール部44(図2に示す)も使用することができる。入力モジュール28は、ガイドワイヤ及び1つ以上のカテーテル又はマイクロカテーテルなどの、種々のコンポーネント及び経皮インターベンション機器を前進、後進、又は回転させるように構成される。ボタン類は、例えば、非常停止ボタン、倍率ボタン、機器選択ボタン、及び自動動作ボタンを含む。非常停止ボタンが押されるとリレーがトリガされて、ベッドサイドユニット20への電力供給が遮断される。速度制御モードにあるとき、倍率ボタンは、入力モジュール28の操作に応じて、関連するコンポーネントの移動に関する速度を増減させるように作用する。位置制御モードにあるときは、倍率ボタンは、入力距離と出力指令距離との間のマッピングを変更する。機器選択ボタンは、ロボット駆動装置24に装填された経皮インターベンション機器のどれを入力モジュール28によって制御するか、ユーザが選択することを可能にする。自動動作ボタンは、ユーザからの直接のコマンドなしでカテーテル式処置システム10が経皮インターベンション機器に行うアルゴリズム動作を可能とするために使用される。一つの実施形態において、入力モジュール28は、タッチスクリーンに表示される1つ以上のコントロール部又はアイコン(図示せず)を含み、これらの起動が、カテーテル式処置システム10のコンポーネントを作動させる。入力モジュール28はまた、バルーンを膨張又は収縮させ及び/又はステントを展開するように構成されるバルーン又はステントコントロール部を含む。モジュールの各々は、専用のコントロール部がある特定のコンポーネントを制御するのに適した1つ以上のボタン、スクロールホイール、ジョイスティック、タッチスクリーンなどを含む。さらに、タッチスクリーンは、入力モジュール28の各コンポーネントに関連する又はカテーテル式処置システム10の各コンポーネントに関連する、1つ以上のアイコン(図示せず)を表示することができる。 In one embodiment, input module 28 includes a touch screen, one or more joysticks, scroll wheels, and/or buttons. In addition to input module 28, control station 26 may also employ additional user controls 44 (shown in FIG. 2), such as footswitches and microphones for voice commands and the like. Input module 28 is configured to advance, retract, or rotate various components and percutaneous interventional devices, such as guidewires and one or more catheters or microcatheters. Buttons include, for example, an emergency stop button, magnification button, equipment selection button, and automatic operation button. When the emergency stop button is pressed, a relay is triggered and the power supply to the bedside unit 20 is cut off. When in speed control mode, the magnification buttons act to increase or decrease the speed of movement of the associated component in response to manipulation of input module 28 . When in position control mode, the Magnification button changes the mapping between input distances and output command distances. The instrument selection buttons allow the user to select which of the percutaneous interventional instruments loaded on robotic drive 24 are controlled by input module 28 . Auto-action buttons are used to enable algorithmic actions that catheter-based treatment system 10 performs on percutaneous interventional devices without direct command from the user. In one embodiment, input module 28 includes one or more controls or icons (not shown) displayed on a touch screen, activation of which activates components of catheter-based treatment system 10 . Input module 28 also includes balloon or stent controls configured to inflate or deflate a balloon and/or deploy a stent. Each of the modules includes one or more buttons, scroll wheels, joysticks, touch screens, etc. suitable for controlling a particular component with dedicated controls. Additionally, the touch screen may display one or more icons (not shown) associated with each component of input module 28 or associated with each component of catheter-based treatment system 10 .

コントロールステーション26は、ディスプレイ部30を含む。別の実施形態でコントロールステーション26は、2つ以上のディスプレイ部30を含む。ディスプレイ部30は、コントロールステーション26にいるユーザに情報又は患者固有データを表示するように構成される。ディスプレイ部30は、例えば、画像データ(X線画像、MRI画像、CT画像、超音波画像など)、血流力学(血行動態)データ(血圧、心拍数など)、患者記録情報(医療履歴、年齢、体重など)、病変又は治療評価データ(IVUS、OCT、FFRなど)を表示するように構成される。また、ディスプレイ部30は、処置固有の情報(処置チェックリスト、勧告、処置にかかる時間、カテーテル位置又はガイドワイヤ位置、送り込む医薬又は造影剤の容量など)を表示するようにも構成され得る。さらに、ディスプレイ部30は、コントロールコンピューティングシステム34(図2に示す)と連携する機能を提供するために情報を表示するようにも構成される。ディスプレイ部30は、システムのユーザ入力機能の一部を提供するために、タッチスクリーン機能を含む。 Control station 26 includes a display portion 30 . In another embodiment, control station 26 includes more than one display portion 30 . Display portion 30 is configured to display information or patient-specific data to a user at control station 26 . The display unit 30 displays, for example, image data (X-ray images, MRI images, CT images, ultrasound images, etc.), hemodynamic (hemodynamic) data (blood pressure, heart rate, etc.), patient record information (medical history, age, etc.). , weight, etc.), lesion or treatment assessment data (IVUS, OCT, FFR, etc.). Display 30 may also be configured to display procedure-specific information (such as procedure checklists, recommendations, duration of procedure, catheter or guidewire location, volume of medication or contrast to be delivered, etc.). In addition, display portion 30 is also configured to display information to provide functionality in conjunction with control computing system 34 (shown in FIG. 2). Display portion 30 includes touch screen capabilities to provide some of the user input capabilities of the system.

カテーテル式処置システム10は、撮像システム14も含む。撮像システム14は、カテーテル式医療処置と連携した使用される医療撮像システム(非デジタルX線、デジタルX線、CT、MRI、超音波など)である。一つの実施形態において、撮像システム14は、コントロールステーション26と通信するデジタルX線撮像装置である。一つの実施形態において、撮像システム14はCアーム(図1に示すような)を含み、このCアームにより撮像システム14は、患者12に対して様々な角度位置(例えば、矢状面(sagittal)視、尾側(caudal)視、前後(anterior-posterior)視など)で画像を得るために、患者12の周囲を部分的に又は全体的に回転できる。 Catheter-based treatment system 10 also includes an imaging system 14 . Imaging system 14 is a medical imaging system (non-digital x-ray, digital x-ray, CT, MRI, ultrasound, etc.) used in conjunction with catheter-based medical procedures. In one embodiment, imaging system 14 is a digital X-ray imager in communication with control station 26 . In one embodiment, imaging system 14 includes a C-arm (as shown in FIG. 1) that allows imaging system 14 to be positioned in various angular positions (e.g., sagittal) relative to patient 12 . The patient 12 can be partially or wholly rotated around the patient 12 to obtain images in the visual, caudal, anterior-posterior, etc.).

撮像システム14は、所定の処置で患者12の適切な部位のX線画像を撮るように構成され得る。例えば、撮像システム14は、神経血管状態を診断するために頭部の1つ以上のX線画像を撮るように構成される。撮像システム14はまた、カテーテル式医療処置で1つ以上のX線画像を撮り(例えばリアルタイム画像)、ガイドワイヤ、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、ステント回収器、コイル、ステント、バルーンなどを処置中に適切に位置決めできるようにコントロールステーション26のユーザを補助するように構成される。1つ以上の画像がディスプレイ部30に表示される。具体的には、ユーザが、例えば、ガイドカテーテル又はガイドワイヤを適切な位置に正確に移動させられるように、ディスプレイ部30に画像が表示される。 Imaging system 14 may be configured to take X-ray images of appropriate areas of patient 12 for a given procedure. For example, imaging system 14 is configured to take one or more x-ray images of the head to diagnose neurovascular conditions. Imaging system 14 also takes one or more x-ray images (e.g., real-time images) during a catheter-based medical procedure, and appropriately positions guidewires, guide catheters, microcatheters, stent retrievers, coils, stents, balloons, etc. during the procedure. is configured to assist the user of the control station 26 in positioning. One or more images are displayed on the display unit 30 . Specifically, images are displayed on the display unit 30 so that the user can, for example, accurately move a guide catheter or guide wire to an appropriate position.

図2を参照すると、一実施形態に係るカテーテル式処置システム10のブロック図が示されている。カテーテル式処置システム10は、コントロールコンピューティングシステム34を含む。コントロールコンピューティングシステム34は、物理的には、例えば、コントロールステーション26(図1に示す)の一部であり得る。コントロールコンピューティングシステム34は、通常、ここに説明する種々の機能をもつカテーテル式処置システム10を提供するのに適した電子制御ユニットである。一例としてコントロールコンピューティングシステム34は、組み込みシステム、専用回路、ここに説明する機能をプログラムした汎用システムなどである。コントロールコンピューティングシステム34は、ベッドサイドユニット20、通信システム及びサービス36(インターネット、ファイアウォール、クラウドサービス、セッションマネージャ、病院ネットワークなど)、ローカルコントロールステーション38、別の通信システム40(テレプレゼンスシステムなど)、リモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム42、及び患者センサ56(心電図(ECG)装置、脳電図(EEG)装置、血圧モニタ、温度モニタ、心拍数モニタ、呼吸モニタなど)と、通信する。また、コントロールコンピューティングシステム34は、撮像システム14、患者テーブル18、別の医療システム50、造影剤注入システム52、及び付属機器54(IVTJS、OCT、FFRなど)と、通信する。ベッドサイドユニット20は、ロボット駆動装置24、位置決めシステム22(ロボットアーム、多関節アーム、ホルダなど)を含み、別のコントロール部及びディスプレイ部46も含み得る。上述のように、コントロール部及びディスプレイ部46はロボット駆動装置24のハウジングに配置することができる。インターベンション機器及び付属品48(ガイドワイヤ、カテーテルなど)はベッドサイドユニット20と接続する。一実施形態において、インターベンション機器及び付属品48は、付属機器54、すなわちIVTJSシステム、OCTシステム、FFRシステムなど、と接続する特殊装置(IVTJSカテーテル、OCTカテーテル、FFFRワイヤ、造影剤用診断カテーテルなど)を含む。 Referring to FIG. 2, a block diagram of catheter-based treatment system 10 is shown in accordance with one embodiment. Catheter-based treatment system 10 includes control computing system 34 . Control computing system 34 may be physically part of control station 26 (shown in FIG. 1), for example. Control computing system 34 is generally an electronic control unit suitable for providing catheter-based treatment system 10 with the various functions described herein. By way of example, control computing system 34 is an embedded system, a dedicated circuit, a general purpose system programmed with the functions described herein, and the like. Control computing system 34 includes bedside units 20, communication systems and services 36 (Internet, firewalls, cloud services, session managers, hospital networks, etc.), local control stations 38, other communication systems 40 (telepresence systems, etc.), Communicates with remote control station and computing system 42 and patient sensors 56 (electrocardiogram (ECG) device, electroencephalogram (EEG) device, blood pressure monitor, temperature monitor, heart rate monitor, respiration monitor, etc.). Control computing system 34 also communicates with imaging system 14, patient table 18, another medical system 50, contrast injection system 52, and ancillary equipment 54 (IVTJS, OCT, FFR, etc.). The bedside unit 20 includes a robotic drive 24 , a positioning system 22 (robot arm, articulated arm, holder, etc.) and may also include separate control and display sections 46 . As mentioned above, the controls and display 46 can be located on the housing of the robot drive 24 . Interventional equipment and accessories 48 (guidewires, catheters, etc.) connect with the bedside unit 20 . In one embodiment, the interventional equipment and accessories 48 are specialized devices (IVTJS catheters, OCT catheters, FFFR wires, diagnostic catheters for contrast agents, etc.) that interface with accessory equipment 54, i. )including.

一実施形態において、コントロールコンピューティングシステム34は、カテーテル式処置システム10を使用して医療処置を実行することができるように、入力モジュール28(ローカルコントロールステーション38又はリモートコントロールステーション42などのコントロールステーション26(図1に示す)など)とのユーザ相互作用に基づいて及び/又はコントロールコンピューティングシステム34の利用可能な情報に基づいて、制御信号を生成するように構成される。ローカルコントロールステーション38は、1つ以上のディスプレイ部30、1つ以上の入力モジュール28、及び別のユーザコントロール部44を含む。リモートコントロールステーション及びコンピューティングシステム42は、ローカルコントロールステーション38と同様のコンポーネントを含む。リモート42とローカル38のコントロールステーションは、必要な機能に応じ異なるものとして専用にあつらえることもできる。別のユーザコントロール部44は、1つ以上の足入力機器を含み得る。足入力機器は、ユーザが撮像システム14の機能を選択できるように構成される。その機能は、X線のオン/オフ、種々の保存画像のスクロールなどである。別の実施形態において、足入力機器は、入力モジュール28に含まれるスクロールホイールにどの装置をマッピングするかユーザが選択できるように構成される。別の通信システム40(音声会議、映像会議、テレプレゼンスなど)を採用して、オペレータが患者、血管造影スタッフ又はベッドサイド近くの機器と相互作用するときの補助をすることができる。 In one embodiment, control computing system 34 provides input modules 28 (control station 26, such as local control station 38 or remote control station 42) such that catheter-based treatment system 10 can be used to perform medical procedures. (such as shown in FIG. 1)) and/or based on information available in control computing system 34 to generate control signals. Local control station 38 includes one or more display portions 30 , one or more input modules 28 , and another user control portion 44 . Remote control station and computing system 42 includes components similar to local control station 38 . The remote 42 and local 38 control stations can also be customized differently depending on the functionality required. Another user control 44 may include one or more foot input devices. The foot input device is configured to allow the user to select functions of the imaging system 14 . Its functions are X-ray on/off, scrolling through various saved images, and so on. In another embodiment, the foot input device is configured to allow the user to select which device is mapped to the scroll wheel included in input module 28 . Other communication systems 40 (audio conferencing, video conferencing, telepresence, etc.) may be employed to assist the operator in interacting with the patient, angiography staff, or equipment near the bedside.

カテーテル式処置システム10は、明確には示していないあらゆる他のシステム及び/又は機器を含むように接続又は構成され得る。例えば、カテーテル式処置システム10は、画像処理エンジン、データストレージ及びアーカイブシステム、自動バルーン及び/又はステント膨張システム、医薬注入システム、医薬追跡及び/又はログシステム、ユーザログ、暗号化システム、カテーテル式処置システム10への接触又はその使用を制限するシステムなどを含んでいてもよい。 Catheter-based treatment system 10 may be connected or configured to include any other systems and/or instruments not expressly shown. For example, catheter-based treatment system 10 may include an image processing engine, a data storage and archiving system, an automated balloon and/or stent inflation system, a medication infusion system, a medication tracking and/or logging system, a user log, an encryption system, a catheter-based procedure, Systems may be included to limit access to or use of system 10, and the like.

説明したとおり、コントロールコンピューティングシステム34は、ロボット駆動装置24、位置決めシステム22、及び別のコントロール部及びディスプレイ部44を含んだベッドサイドユニット20と通信し、経皮インターベンション機器(ガイドワイヤ、カテーテルなど)を駆動するために使用されるモータ及び駆動機構の動作を制御するためにベッドサイドユニット20へ制御信号を提供する。各種の駆動機構は、ロボット駆動装置24(図1及び図2に示す)の一部として設けられる。図3は、一実施形態に係るカテーテル処置システムのロボット駆動装置の斜視図である。図3において、ロボット駆動装置24は、リニアレール60に連結された複数の機器モジュール32を含む。各機器モジュール32は、レール60に摺動可能に取り付けられたステージ62を介してレール60に連結されている。機器モジュール32は、オフセットブラケット78などのコネクタを用いてステージ62へ接続される。違う実施形態では、デバイスモジュール32はステージ62に直接取り付けられる。各ステージ62は、レール60に沿って直線的に移動するように独立して作動させることができる。したがって、各ステージ62(及びステージ62に連結された対応する機器モジュール32)は、互いに対し及びレール60に対し、個々に動作する。各ステージ62を作動させるために駆動機構が使用される。図3に示す実施形態において、駆動機構は、ステージ62のそれぞれに連結された独立ステージ変位モータ64と、例えば送りネジのステージ駆動機構76とを含む。図3において、ステージ62及び機器モジュール32は直列駆動構成である。 As explained, the control computing system 34 communicates with the bedside unit 20, which includes the robotic drive 24, the positioning system 22, and a separate control and display unit 44 for percutaneous interventional equipment (guidewires, catheters, etc.). etc.) to control the operation of the motors and drive mechanisms used to drive the bedside units 20 . Various drive mechanisms are provided as part of the robot drive 24 (shown in FIGS. 1 and 2). FIG. 3 is a perspective view of a robotic drive for a catheter treatment system according to one embodiment; In FIG. 3, robot drive 24 includes a plurality of equipment modules 32 coupled to linear rails 60 . Each instrument module 32 is coupled to rail 60 via a stage 62 slidably mounted on rail 60 . Instrument module 32 is connected to stage 62 using a connector such as offset bracket 78 . In another embodiment, device module 32 is attached directly to stage 62 . Each stage 62 is independently operable to move linearly along rail 60 . Thus, each stage 62 (and corresponding equipment modules 32 coupled to stage 62 ) individually move relative to each other and relative to rail 60 . A drive mechanism is used to actuate each stage 62 . In the embodiment shown in FIG. 3, the drive mechanism includes independent stage displacement motors 64 coupled to each of the stages 62 and a stage drive mechanism 76, such as a lead screw. In FIG. 3, stage 62 and instrument module 32 are in a serial drive configuration.

各機器モジュール32は、駆動モジュール68と、駆動モジュール68に搭載され連結されたカセット66とを含む。図3では、各カセット66が、垂直の方に駆動モジュール68へ搭載されて示されている。他の実施形態において、カセット66は、他の取り付け方で駆動モジュール68に搭載される。カセット66は無菌であり、細長い医療機器(図示せず)を収容して支持するように構成されている。さらに、駆動モジュール68に連結されたカセット66は、例えば回転のような少なくとも1つの追加自由度を細長い医療機器に提供するメカニズムを含む。駆動モジュール68は、その追加自由度を提供するカセット66のメカニズムに電力インターフェースを提供するために、少なくとも1つの連結器を含む。各カセット66は、細長い医療機器の座屈を防止する機器支持体79も収容する。ロボット駆動装置24は、デバイス支持体79、遠位拘束アーム70、及び支持アーム77に接続された機器支持接続部72を含む。加えて、導入器インターフェース支持体(リディレクタ)74を、機器支持接続部72及び細長い医療機器(例えば導入器シース)に接続してもよい。ロボット駆動装置24のこの構造は、単一のレールにアクチュエータを合体させることにより、ロボット駆動装置24の大きさ及び重量を減少させるという利点を有する。 Each instrument module 32 includes a drive module 68 and a cassette 66 mounted on and coupled to drive module 68 . In FIG. 3, each cassette 66 is shown mounted in a drive module 68 in a vertical orientation. In other embodiments, cassette 66 is mounted to drive module 68 in other mountings. Cassette 66 is sterile and configured to receive and support an elongated medical device (not shown). Additionally, cassette 66 coupled to drive module 68 includes a mechanism that provides at least one additional degree of freedom, such as rotation, to the elongated medical device. Drive module 68 includes at least one coupler to provide a power interface to the mechanism of cassette 66 that provides that additional degree of freedom. Each cassette 66 also houses an instrument support 79 that prevents buckling of the elongated medical instrument. Robotic drive 24 includes device support 79 , distal restraint arm 70 , and instrument support connection 72 connected to support arm 77 . Additionally, an introducer interface support (redirector) 74 may be connected to the instrument support connection 72 and the elongated medical instrument (eg, introducer sheath). This construction of the robot drive 24 has the advantage of reducing the size and weight of the robot drive 24 by combining the actuators on a single rail.

カテーテル式医療処置には、心臓、脳又は末梢血管系で実施される診断用カテーテル処置が含まれ、この処置においては、患者の疾患の診断を補助するために1つ以上のカテーテルが使用される。例えば、一つの例では、造影剤がカテーテルを通して1つ以上の冠動脈に注入され、患者の心臓の画像が取得される。カテーテルを利用した医療処置には、心臓、脳又は抹消血管系で行われるカテーテルを利用した治療処置(血管形成術、ステント配置、抹消血管病変治療、血塊除去、動静脈奇形治療、動脈瘤治療など)が含まれる。所定の経皮インターベンション機器又はコンポーネント(各種ガイドワイヤ、各種カテーテルなど)が、実施されるべき処置の種類に従って選択され得ることは、当業者には当然理解される。 Catheter-based medical procedures include diagnostic catheter procedures performed in the heart, brain, or peripheral vasculature, in which one or more catheters are used to assist in diagnosing a patient's disease. . For example, in one example, a contrast agent is injected through a catheter into one or more coronary arteries and images of the patient's heart are acquired. Catheter-based medical procedures include catheter-based therapeutic procedures performed in the heart, brain, or peripheral vasculature, such as angioplasty, stent placement, peripheral vascular lesion treatment, clot removal, arteriovenous malformation treatment, and aneurysm treatment. ) is included. Those skilled in the art will of course appreciate that a given percutaneous interventional device or component (guidewires, catheters, etc.) may be selected according to the type of procedure to be performed.

ここで使用される場合、方向の遠位は患者に向かう方向であり、方向の近位は患者から離れる方向である。例えば、ガイドカテーテルなどの細長い医療機器(EMD)の遠位端は患者に挿入される端部を指し、EMDの近位端は上述したベッドサイドユニット20に連結される端部を指す。単語の上及び上側は、重力方向から離れるおおよその方向を指し、単語の下及び下側は、おおよそ重力の方向を指す。単語の前は、ユーザに面する、多関節アームから離れているロボット機構の側面を指す。単語の後は、多関節アームに近い方のロボット機構の側面を指す。単語の内向きは、機構の内側部分を指す。単語の外向きは、機構の外側部分を指す。 As used herein, the distal direction is the direction toward the patient and the proximal direction is the direction away from the patient. For example, the distal end of an elongated medical device (EMD), such as a guide catheter, refers to the end that is inserted into the patient, and the proximal end of the EMD refers to the end that is coupled to the bedside unit 20 described above. The words above and above refer to the approximate direction away from the direction of gravity, and the words below and below refer to the approximate direction of gravity. The word front refers to the side of the robotic mechanism facing the user and away from the articulated arm. After the word refers to the side of the robotic mechanism that is closer to the articulated arm. The word inward refers to the inner portion of the mechanism. The word outward refers to the outer part of the mechanism.

処置の実施にあたり、ガイドカテーテル、ガイドワイヤ及び/又はワーキングカテーテルなどの細長い医療機器が患者に挿入される。インターベンション処置の一例では、ガイドカテーテルが、導入器を通して患者の大腿動脈に挿入され、そして、患者の心臓の冠動脈口に近接して位置決めされる。ガイドカテーテルは、機器モジュール32内でその縦軸に沿った線状位置を維持する。経皮冠動脈インターベンション(PCI)のような医療処置では、ガイドワイヤ及びバルーンステントカテーテルなどの他の細長い医療機器を患者へ入れるために、ガイドカテーテルが使用され、例えば探査診断を行うか、又は患者の血管系内の狭窄を処置する。ガイドカテーテルの遠位端は、患者の心臓の心門内に配置される。ロボット駆動装置24は、ガイドワイヤ及び/又はバルーンステントカテーテルなどのワーキングカテーテルを患者の内と外において駆動する。ガイドワイヤ及びワーキングカテーテルは、ロボット機構の遠位端と患者との間のガイドカテーテル内で駆動される。 Elongated medical devices, such as guide catheters, guidewires and/or working catheters, are inserted into a patient to perform a procedure. In one example of an interventional procedure, a guide catheter is inserted through an introducer into the patient's femoral artery and positioned adjacent the coronary ostia of the patient's heart. The guide catheter maintains a linear position within instrument module 32 along its longitudinal axis. In medical procedures such as percutaneous coronary intervention (PCI), guide catheters are used to introduce guidewires and other elongated medical devices such as balloon stent catheters into the patient, for example to perform exploratory diagnosis or treats stenosis within the vasculature of the body. The distal end of the guide catheter is positioned within the ostium of the patient's heart. A robotic drive 24 drives working catheters, such as guidewires and/or balloon stent catheters, into and out of the patient. A guidewire and working catheter are driven within the guide catheter between the distal end of the robotic mechanism and the patient.

ここで細長い医療機器(EMD)とも呼ぶ経皮機器の線状動作は、EMDの縦軸に沿った動作である。EMDの縦軸は、EMDの近位端からEMDの遠位端まで延伸する経路として定義される。EMDがより剛性である場合、EMDの全体は、EMDの近位端、EMDの遠位端、及びこれらの間のEMDの全体が直線上にあるように、置かれる。この場合、EMDの縦軸は直線によって定義され得る。しかしながら、EMDが可撓性であってロボット駆動機構内か非線状の血管系経路のいずれかを通って動く場合、EMDのある部分は、EMDの近位端及びEMDの遠位端によって画定される直線には沿っていないことになる。しかし、ロボット駆動装置又は血管系の非直線部分を移動しているEMDの中央部分は、それでもEMDの縦軸にあるといえる。すなわち線状運動は、EMDの縦軸に沿ったEMDの動作である。近位端から離れる、患者内の方向へのEMDの動作は、前進又は前方の線状運動であり、遠位端から離れる、患者外へのEMDの動作は、後進又は後方の線状運動である。 Linear motion of a percutaneous device, also referred to herein as an elongated medical device (EMD), is motion along the longitudinal axis of the EMD. The longitudinal axis of the EMD is defined as the path extending from the proximal end of the EMD to the distal end of the EMD. If the EMD is stiffer, the entire EMD is placed such that the proximal end of the EMD, the distal end of the EMD, and the entire EMD between them are on a straight line. In this case the vertical axis of the EMD can be defined by a straight line. However, if the EMD is flexible and moves either within a robotic drive mechanism or through a non-linear vasculature pathway, a portion of the EMD is defined by the proximal end of the EMD and the distal end of the EMD. not along the straight line However, the central portion of the EMD that is moving through the robotic drive or non-linear portion of the vasculature is still said to be on the longitudinal axis of the EMD. That is, linear motion is movement of the EMD along its longitudinal axis. Movement of the EMD in a direction into the patient away from the proximal end is a forward or forward linear motion, and movement of the EMD out of the patient away from the distal end is a backward or backward linear motion. be.

EMDの回転動作は、縦軸を中心としたEMDの回転として定義される。EMDの時計回りの回転動作は、駆動機構の位置におけるEMDの縦軸を中心としたEMDの時計回りの回転である。 Rotational motion of the EMD is defined as rotation of the EMD about its vertical axis. A clockwise rotational motion of the EMD is a clockwise rotation of the EMD about the longitudinal axis of the EMD at the position of the drive mechanism.

一例において、第1のユーザコントローラ又はユーザ入力が、EMDを動作させるための命令を提供する。一実施形態において、第1の又は主要なユーザコントローラは、多数の動作の大きさの命令を提供するジョイスティックである。一実施形態において、中央のニュートラル位置から前方又は後方へ旋回軸により移動可能であることにより、EMDを前方又は後方の位置へそれぞれ移動させる命令が提供される。一実施形態において、線状不感帯が、前進又は後進コマンドが提供されないジョイスティックの位置として定義される。一つ例では、ジョイスティックを3°前後に動かしても、EMDの動作は一切ない。一実施形態において、縦軸を中心とするジョイスティックの回転が、EMDへ回転命令を提供する。ジョイスティックの時計回りの回転がEMDの時計回りの回転をもたらし、ジョイスティックの反時計回りの回転がEMDの反時計回りの回転をもたらす。ただし、EMDの回転を提供する命令は、一実施形態では、いずれの方向にも3°の回転不感帯を越えてジョイスティックが回転させられた場合にのみ発生する。回転不感帯は3°未満であってもよいのはもちろんである。一実施形態では回転不感帯が2°であり、別の実施形態では回転不感帯が3°を上回る。 In one example, a first user controller or user input provides instructions for operating the EMD. In one embodiment, the primary or primary user controller is a joystick that provides multiple motion magnitude commands. In one embodiment, pivotable forward or rearward from a central neutral position provides commands to move the EMD to a forward or rearward position, respectively. In one embodiment, a linear deadband is defined as the position of the joystick at which no forward or reverse command is provided. In one example, moving the joystick back and forth 3° does not cause any EMD movement. In one embodiment, rotation of the joystick about the vertical axis provides rotation commands to the EMD. A clockwise rotation of the joystick results in a clockwise rotation of the EMD, and a counter-clockwise rotation of the joystick results in a counter-clockwise rotation of the EMD. However, the command to provide rotation of the EMD only occurs, in one embodiment, when the joystick is rotated beyond the 3° rotation deadband in either direction. Of course, the rotational deadband may be less than 3°. In one embodiment the rotational deadband is 2° and in another embodiment the rotational deadband is greater than 3°.

オペレータは、複数の別々の血管系処置に関し、ここに説明されるロボットシステムを利用してEMDを駆動する。血管系処置には、中でも特に、病変部交差、血管ナビゲーション、病変部測定、病変評価、病変部前処置、自己拡張ステント展開、ガイドカテーテル操作時の機器安定化などが含まれる。 An operator utilizes the robotic system described herein to drive the EMD for multiple separate vascular procedures. Vascular procedures include, among others, lesion crossing, vessel navigation, lesion measurement, lesion assessment, lesion preparation, self-expanding stent deployment, device stabilization during guide catheter manipulation, and the like.

種々のユーザ入力機器が、オペレータによるシステム10の1つ、複数、又は全てのEMDの動作制御を可能にする。例えば、オペレータは、ガイドカテーテル、マイクロカテーテル、ガイドワイヤ、又は他のEMDの動作を、個々に又は一緒に制御することができる。例示のカテーテル式処置システムを使用する処置の有効性を促進するために、ここに説明する種々の例は、処置中の補助のためにロボット動作の1つ以上のモードをオペラータが選択することを可能にする。当該ロボット動作のモードは、別途のオペレータ入力がロボット駆動装置にあってもなくても、所定の反復動作を含む動作パターンを実行させることができる。ここで使用する「パターン」はシーケンスのことであり、例えば動作のシーケンスやコマンドのシーケンスを指す。動作は、いくつかの例において、所定のデフォルト値で有効にすることができ、デフォルト値は、さらなるオペレータ入力で変更することができる。種々の動作が図4~図9を参照して以下に説明される。特定の処置に使用されるEMDのいずれか又は全てに適用される動作がある一方、所定のタイプのEMDのみに有用である動作もある。 Various user input devices allow an operator to control the operation of one, more than one, or all EMDs of system 10 . For example, an operator can control the operation of guide catheters, microcatheters, guidewires, or other EMDs individually or together. To facilitate the effectiveness of treatment using the exemplary catheter-based treatment system, various examples described herein allow the operator to select one or more modes of robotic motion for assistance during treatment. enable. Such modes of robot motion can cause motion patterns, including predetermined repetitive motions, to be executed with or without separate operator input to the robot drive. As used herein, "pattern" refers to a sequence, such as a sequence of actions or a sequence of commands. Operations may be enabled with predetermined default values in some examples, which may be changed with further operator input. Various operations are described below with reference to FIGS. Some operations apply to any or all EMDs used in a particular procedure, while others are useful only for certain types of EMDs.

以下に説明する図面において、様々な動作パターンが、EMDの遠位端、又は患者に挿入されるEMDの端部、で説明されている。様々な例において、所望の動作パターンは、アクチュエータ(例えば駆動モータ又は駆動タイヤ)を通してEMDの近位部分で実行される。換言すれば、駆動モータが作動すると、EMDの近位部分における所望の動作がEMDの遠位端に伝わる。遠位端における正確な動作は、例えば、EMDの従順性、血管壁に対する摩擦、血管系の蛇行、又は病変部に直面する抵抗などの様々な要因によって、近位部分における動作と一致したり一致しなかったりする。不整合を補償すると共に近位部分で動作を入力又は調節して、遠位端における所望の動作をより正確に達成することが可能なロボット動作もある。例えば、遠位端における所望の動作の量は、近位端において行われる動作に適用する係数によって調整(拡大/縮小)できる。この係数は、処置、機器特性、特定の血管系又は他のパラメータに従うリアルタイム撮像、実験、又は履歴データに基づいて判断できる。係数又は調整は、オペレータ又はコントロールコンピューティングシステムによって適用される。 In the figures described below, various motion patterns are illustrated at the distal end of the EMD, or the end of the EMD inserted into the patient. In various examples, the desired motion pattern is performed on the proximal portion of the EMD through an actuator (eg, drive motor or drive tire). In other words, when the drive motor is actuated, the desired motion at the proximal portion of the EMD is transferred to the distal end of the EMD. Accurate motion at the distal tip may or may not match motion at the proximal portion due to various factors such as EMD compliance, friction against the vessel wall, tortuosity of the vasculature, or resistance encountered in the lesion. I didn't do it. Some robot motions can compensate for misalignment and input or adjust motion at the proximal portion to more accurately achieve the desired motion at the distal end. For example, the amount of desired motion at the distal end can be adjusted (scaled) by a factor applied to the motion performed at the proximal end. This factor can be determined based on real-time imaging, experimental, or historical data according to treatment, device characteristics, specific vasculature, or other parameters. Coefficients or adjustments are applied by an operator or control computing system.

図4A及び図4Bを参照すると、EMDシステムにおけるロボット動作のモードが例示されている。図4A及び図4Bは、図1~図3を参照して上述した例示システムにおいて使用されるEMDの装置100を例示する。この実施形態に係るEMDの装置100は、第1のEMD110と第2のEMD120とを含む。図4A及び図4Bは、EMD110,120の遠位部分を示す。2つのEMDは同軸に配置され、第1のEMD110の中に第2のEMD120が配置されている。こ例で第1のEMD110は、第2のEMD120を収容すると共に第2のEMD120が第1のEMD110の中で相対的に動作(例えば回転及び/又は変位)することを可能にする、内腔を有する。当業者であれば勿論、2個より多いEMDが提供されて同軸上に配置され、1つより多いEMDが他のEMDの内腔に収容される例もあることを理解できる。 Referring to Figures 4A and 4B, modes of robot operation in an EMD system are illustrated. FIGS. 4A and 4B illustrate an EMD apparatus 100 used in the exemplary system described above with reference to FIGS. 1-3. The EMD apparatus 100 according to this embodiment includes a first EMD 110 and a second EMD 120 . 4A and 4B show distal portions of EMDs 110, 120. FIG. The two EMDs are arranged coaxially, with the second EMD 120 positioned within the first EMD 110 . The first EMD 110 in this example is a lumen that houses the second EMD 120 and allows the second EMD 120 to move (e.g., rotate and/or translate) relative to the first EMD 110. have Those skilled in the art will of course appreciate that in some instances more than two EMDs may be provided and arranged coaxially, with more than one EMD housed within the lumen of the other EMD.

オペレータによってモードが選択されると、ロボット駆動装置24は、1つ以上のEMD110,120を所定の動作パターンに入らせる。図4A及び図4Bに示す例では、1つのEMD(例えばガイドワイヤ)が所定の動作パターンに入る。別の例では、複数のEMDが別々の時間(例えば一度に1つのEMD)で動作パターンに入る。図4A及び図4Bに示されるロボット動作のモードは、ここではウィグルモードと呼ぶ。ウィグルモードは、縦軸を中心としたEMDの振動回転を特徴とする。一例において、ウィグルモードが起動されると、EMD(図4A及び図4Bに示されている例では第2のEMD120)は、縦軸125を中心とする回転振動に入る。別の例では、EMD120は、ユーザがEMD120に前進線状変位で進行するように指令したときにのみ回転振動する。この例においてガイドワイヤとして描かれているEMD120は、図4Aの断面図A-Aに示されているように、時計回りと反時計回りに交互に回転する。EMDの振動は、振幅及び/又は周波数などの各種パラメータによって特徴付けられる。図4Aに図示されるように、振幅は、図4Aにおいて基準平面130によって表される中心位置に対する回転の範囲140によって示される。種々の例において、オペレータは、振幅、回転速度、周波数又はサイクル時間などの振動パラメータを設定することができる。 When a mode is selected by the operator, robotic drive 24 causes one or more EMDs 110, 120 to enter predetermined motion patterns. In the example shown in Figures 4A and 4B, one EMD (eg, guidewire) enters a predetermined motion pattern. In another example, multiple EMDs enter the motion pattern at separate times (eg, one EMD at a time). The mode of robot motion shown in FIGS. 4A and 4B is referred to herein as wiggle mode. Wiggle modes are characterized by an oscillating rotation of the EMD about its longitudinal axis. In one example, when the wiggle mode is activated, the EMD (second EMD 120 in the example shown in FIGS. 4A and 4B) goes into rotational oscillation about longitudinal axis 125 . In another example, EMD 120 rotationally oscillates only when the user commands EMD 120 to travel with a forward linear displacement. The EMD 120, depicted as a guidewire in this example, rotates alternately clockwise and counterclockwise, as shown in cross-sectional view AA of FIG. 4A. EMD vibrations are characterized by various parameters such as amplitude and/or frequency. As illustrated in FIG. 4A, the amplitude is indicated by the extent of rotation 140 about the central position represented by the reference plane 130 in FIG. 4A. In various examples, the operator can set vibration parameters such as amplitude, rotational speed, frequency or cycle time.

所望の結果を達成するために又は所定の目的のために、振動の各種パラメータを予め決めたパターンに設定することができる。例えば、振動の振幅は、約60°~約180°、好ましくは約90°~約150°、より好ましくは約125°に設定される。サイクル時間(例えば、1つの振動を完了するまでの時間)又は振動周波数は、所望の結果を達成するために予め決めたパターンに同様に設定される。一例において、EMDの振動は、1秒間に900度の回転速度で行われる。 Various parameters of vibration can be set in predetermined patterns to achieve desired results or for predetermined purposes. For example, the amplitude of vibration is set to about 60° to about 180°, preferably about 90° to about 150°, more preferably about 125°. The cycle time (eg, time to complete one oscillation) or oscillation frequency are similarly set in a predetermined pattern to achieve the desired result. In one example, the EMD is oscillated at a rotational speed of 900 degrees per second.

上述のように、種々のロボット動作が種々のEMDに対して実施される。上述のウィグルモードは、例えば、ナビゲーション又は血管を通し前進させるために、ガイドワイヤに関し実施することができる。ウィグルモードは、病変部のような障害物を乗り越える目的でガイドワイヤに関し複数のパラメータで実行することができる。この例において振動の振幅は、より大きなレベルに設定される。例えば、病変部交差の目的のための振動の振幅は、約180°~約900°、好ましくは約360°~約720°に設定することができる。これらのパラメータを伴うモードは「スピン」モードと呼ぶことができ、オペレータが選択することができる。 As described above, different robot motions are performed on different EMDs. The wiggle mode described above can be implemented with a guidewire, for example, for navigation or advancement through a blood vessel. Wiggle mode can be performed with multiple parameters on the guidewire for the purpose of overcoming obstacles such as lesions. In this example the amplitude of vibration is set to a larger level. For example, the amplitude of vibration for lesion crossing purposes can be set from about 180° to about 900°, preferably from about 360° to about 720°. A mode with these parameters can be called a "spin" mode and can be selected by the operator.

図4A及び図4Bに示すように、補助コマンドを使用して、EMDの振動の所定の特性を変更することができる。図4A及び図4Bに示す例では、補助コマンドは、ジョイスティック150などのユーザ入力機器から受信される。図4Aは、ジョイスティック150からの回転入力がない状態での振動の中心位置を表す平面130に対する振動を図示した。図4Aのジョイスティックは、図4A中にジョイスティック上の矢印及びEMD120の傍の矢印170で示されているように、EMD120の前進線状変位を生じさせる前進入力で示されている。振動は、ジョイスティック150からのコマンドを通して変更することができる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, auxiliary commands can be used to modify certain characteristics of the EMD vibration. In the example shown in FIGS. 4A and 4B, the auxiliary command is received from a user input device such as joystick 150. FIG. FIG. 4A illustrates vibration with respect to plane 130 representing the center of vibration in the absence of rotational input from joystick 150 . The joystick of FIG. 4A is shown with an advance input causing forward linear displacement of EMD 120, as indicated by the arrow on the joystick and arrow 170 beside EMD 120 in FIG. 4A. Vibration can be changed through commands from joystick 150 .

これに関連して、ジョイスティック150からの入力は、振動の中心位置を斜めにしたり、向きを変えたりすることができる。例えば、図4Bに示すように、振動の中心位置は、ジョイスティックを回転させることによって動かすことができる。ジョイスティックを時計回りに回転させると、図4Bに例示されているように、中心位置130を新しい中心位置130’へ時計回りに動かせる。 In this regard, input from the joystick 150 can skew or redirect the center of vibration. For example, as shown in FIG. 4B, the center position of the vibration can be moved by rotating the joystick. Rotating the joystick clockwise moves center position 130 clockwise to a new center position 130', as illustrated in FIG. 4B.

上述のように、振動の他のパラメータ、例えば振幅、周波数、回転速度又はサイクル時間は、オペレータによって変更することができる。例えば、振動の振幅は、ジョイスティック又はグラフィカルユーザインタフェースなどの別の入力機器を使用してユーザ入力により変更することができる。ジョイスティックの場合、振幅は、ジョイスティックを時計回りに回転させることによって増加させたり、ジョイスティックを反時計回りに回転させることによって減少させたりすることができる。この例において、振幅が予め決めたモードで125°に設定されている場合、ジョイスティックを時計回りに回転させることにより、振幅を例えば150°などのより高い値まで増加させることができる。同様に、ジョイスティックを反時計回りに回転させると、振幅が90°などの低い値まで減少する。 As mentioned above, other parameters of the vibration such as amplitude, frequency, rotational speed or cycle time can be changed by the operator. For example, the amplitude of vibration can be changed by user input using a joystick or another input device such as a graphical user interface. For joysticks, the amplitude can be increased by rotating the joystick clockwise and decreased by rotating the joystick counterclockwise. In this example, if the amplitude is set at 125° in the predetermined mode, rotating the joystick clockwise will increase the amplitude to a higher value, such as 150° for example. Similarly, rotating the joystick counter-clockwise reduces the amplitude to a low value such as 90°.

図4A及び図4Bは、ジョイスティック150などのオペレータ入力機器から受信される補助コマンドを示している。他の例で補助コマンドは、図2を参照して上述したコントロールコンピューティングシステム34などのコントローラ又はコントロールモジュールから受信される。コントロールモジュールは、別のユーザ入力に応答して、又は、検出されたパラメータ、例えば、EMDの動作又はEMDの遠位部分の動作に対する抵抗、に応答して、補助コマンドを生成することができる。 4A and 4B illustrate auxiliary commands received from an operator input device such as joystick 150. FIG. In another example, the auxiliary command is received from a controller or control module, such as control computing system 34 described above with reference to FIG. The control module can generate auxiliary commands in response to another user input or in response to a sensed parameter, eg, resistance to movement of the EMD or distal portion of the EMD.

上述のように、ウィグルモードの所定の動作パターンは、ナビゲーションを目的として実行される場合がある。この例において、所定の動作は、EMD(例えばガイドワイヤ)の前進線状動作を伴う。すなわち、モードが有効の間、EMDが前進線状動作しているときにのみ振動が起動される。一例において、前進線状動作が予め決めた時間(例えば1秒)停止したときは、回転振動は中止される。前進線状動作でない間は回転振動は起動されない。すなわち、線状動作が反転されたり、押されたりすると、回転振動は中止され得る。これに関して、「押す」とは、オペレータからの入力に応じて実行されるEMDの別個の(ばらばらの)動作(回転又は線状)を指す。 As mentioned above, the predetermined motion pattern of the wiggle mode may be performed for navigation purposes. In this example, the predetermined motion involves advancing linear motion of the EMD (eg, guidewire). That is, while the mode is active, vibration is only activated when the EMD is in forward linear motion. In one example, the rotational oscillation is discontinued when the forward linear motion stops for a predetermined time (eg, 1 second). Rotational vibration is not activated during non-forward linear motion. That is, when the linear motion is reversed or pushed, the rotational vibration can be discontinued. In this context, "pushing" refers to discrete (discrete) motions (rotational or linear) of the EMD that are performed in response to input from the operator.

図5を参照すると、EMDシステムにおけるロボット動作に関する別のモードが例示されている。図5は、図4A及び図4Bを参照して上述したEMDの装置100の例を示す。この実施形態に係るEMDの装置100は、断面図A-Aに例示されているように、同軸に配置された第1のEMD110及び第2のEMD120を含む。 Referring to FIG. 5, another mode of robot operation in an EMD system is illustrated. FIG. 5 shows an example of the EMD device 100 described above with reference to FIGS. 4A and 4B. The EMD apparatus 100 according to this embodiment includes a first EMD 110 and a second EMD 120 coaxially arranged as illustrated in cross-sectional view AA.

図5は、ここでドリルモードと呼ぶモードに関連する所定の動作パターンを示す図である。ドリルモードがオペレータによって選択されると、ロボット駆動装置24は、1つ以上のEMD110,120を、矢印170によって示されるEMDの前進線状動作と組み合わせて、矢印160によって示されるように、その縦軸125を中心とした少なくとも1つのEMDの継続した一方向の回転を特徴とする所定の動作パターンに入れる。この例において、EMD(例えば第2のEMD120又はガイドワイヤ)は一方向にスピンする。回転方向は、時計回り又は反時計回りとすることができる。EMD120の一方向回転160は、回転速度によって特徴付けることができる。回転速度は、予め決めた動作パターンの一部として設定することができる。例えば、回転速度は、毎秒約1回転~約10回転、好ましくは毎秒約2.5回転に設定する。一例において、オペレータは、別の値を入力することによって回転速度を設定することができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating predetermined motion patterns associated with a mode referred to herein as a drill mode. When drill mode is selected by the operator, robotic drive unit 24 causes one or more EMDs 110 , 120 to combine with forward linear motion of the EMDs indicated by arrow 170 to move their longitudinal motion as indicated by arrow 160 . A predetermined motion pattern characterized by continuous unidirectional rotation of at least one EMD about axis 125 is entered. In this example, the EMD (eg, second EMD 120 or guidewire) spins in one direction. The direction of rotation can be clockwise or counterclockwise. Unidirectional rotation 160 of EMD 120 can be characterized by a rotational speed. The rotational speed can be set as part of a predetermined motion pattern. For example, the rotation speed is set to about 1 to about 10 rotations per second, preferably about 2.5 rotations per second. In one example, the operator can set the rotational speed by entering another value.

上述のように、種々のロボット動作が種々のEMDに対して実施される。図5に示すドリルモードは、病変部などの障害物を乗り越えるためにガイドワイヤに関して実行することができる。 As described above, different robot motions are performed on different EMDs. The drill mode shown in FIG. 5 can be performed on a guidewire to overcome obstacles such as lesions.

図4A及び図4Bを参照して上述したウィグルモードと同様に、図5のドリルモードが有効になっている状態で、前進線状動作が所定時間停止したときは、継続的一方向の回転は中止される。すなわち、ドリルモードの起動中に、EMDが前進線状動作していない間は回転が止められる。線状動作が反転したり揺さぶられたりする場合には、一方向回転の同様の中止が実行される。一例において、ドリルモード時の回転速度を増減させるために補助入力を使用することができる。例えば、オペレータは、回転速度を増加させるためにジョイスティックを前方に動かし、回転速度を減少させるために後方に動かす。 Similar to the wiggle mode described above with reference to FIGS. 4A and 4B, with the drill mode of FIG. discontinued. That is, during drill mode activation, rotation is stopped while the EMD is not in forward linear motion. A similar discontinuation of unidirectional rotation is performed when the linear motion is reversed or jolted. In one example, an auxiliary input can be used to increase or decrease rotational speed during drill mode. For example, the operator moves the joystick forward to increase rotational speed and backward to decrease rotational speed.

図6を参照すると、EMDシステムにおけるロボット動作に関する別のモードの様々なフェーズが例示されている。図6は、図4A、図4B及び図5を参照して上述したEMDの装置100の例を示している。一実施形態に係るEMDの装置100は、同軸に配置された第1のEMD110及び第2のEMD120を含む。 Referring to FIG. 6, various phases of another mode of robot operation in an EMD system are illustrated. FIG. 6 shows an example of the EMD apparatus 100 described above with reference to FIGS. 4A, 4B and 5. FIG. An EMD apparatus 100 according to one embodiment includes a first EMD 110 and a second EMD 120 arranged coaxially.

図6は、ここでジャックハンマーモードと呼ぶモードに関連する所定の動作パターンを示す。ジャックハンマーモードがオペレータによって選択されると、ロボット駆動装置24は、1つ以上のEMD110,120を、EMD110,120の線状振動によって特徴付けられる予め決めた動作パターンに入れる。図6に示す例は、第2のEMD120(例えばガイドワイヤ)が線状発振しているように示されている。ジャックハンマーモードは、ガイドワイヤが病変部などの障害物を乗り越えることを促進すべく、オペレータによって使用される。 FIG. 6 shows a predetermined operating pattern associated with a mode referred to herein as jackhammer mode. When jackhammer mode is selected by the operator, robotic drive 24 causes one or more EMDs 110, 120 to engage in a predetermined motion pattern characterized by linear oscillation of EMDs 110, 120. FIG. The example shown in FIG. 6 shows the second EMD 120 (eg, guidewire) in linear oscillation. Jackhammer mode is used by the operator to help the guidewire overcome obstacles such as lesions.

図6に図示されるように、線状振動は、細長い医療機器の交互前進後進線状動作を含む。図6は、EMD120の位置(a)から位置(b)への前進線状動作、これに続くEMD120の位置(b)から位置(c)への後進線状動作を示す。この動作パターンは、EMD120の位置(c)から位置(d)への動作と共に、サイクルを繰り返して継続する。 As illustrated in FIG. 6, linear vibration includes alternating forward and backward linear motion of the elongated medical device. FIG. 6 shows forward linear motion of EMD 120 from position (a) to position (b) followed by backward linear motion of EMD 120 from position (b) to position (c). This motion pattern continues in a repeating cycle with motion of the EMD 120 from position (c) to position (d).

図6に示されるジャックハンマーモードは、細長い医療機器の交互前進後進線状動作を実行し、結果としてEMD120が前進線状動作する。そして、例えば、EMD120が病変部を通り過ぎる又は乗り越えることを可能にする。この例において、交互にくる前進線状動作は、交互にくる後進線状動作に比べて少なくともわずかに大きい。したがって、図6に示すように、振動サイクルの開始時に、EMD120は位置(a)にあり、振動サイクルの完了時(及び次の振動サイクルの開始時)に、EMD120は位置(c)にあり、これは位置(a)より前方である。すなわち、累積する前進線状動作が、EMD120が例えば病変部を通り過ぎる又は乗り越えることを可能にする。 The jackhammer mode shown in FIG. 6 performs alternating forward and backward linear motion of the elongated medical device resulting in forward linear motion of EMD 120 . And, for example, it allows the EMD 120 to pass over or climb over the lesion. In this example, the alternating forward linear motion is at least slightly greater than the alternating reverse linear motion. Thus, as shown in FIG. 6, at the beginning of a vibration cycle, EMD 120 is at position (a), at the completion of a vibration cycle (and at the beginning of the next vibration cycle), EMD 120 is at position (c), This is forward of position (a). That is, the cumulative forward linear motion allows the EMD 120 to pass or climb over a lesion, for example.

上述し、図6の例に示すように、ジャックハンマーモードは、第2のEMD120、すなわちガイドワイヤで使用される。他の例では、同様の動作パターンが、マイクロカテーテル(又は第1のEMD110)などの他のEMDで使用される。 As described above and shown in the example of FIG. 6, the jackhammer mode is used with the second EMD 120, ie the guidewire. In other examples, similar motion patterns are used with other EMDs, such as microcatheters (or first EMD 110).

図4A、図4B、及び図5を参照して上述したウィグルモード及びドリルモードと同様に、図6のジャックハンマーモードが有効である状態で、前進線状動作の入力が止められると、ジャックハンマーモードを特徴付ける交互前進後進線状動作は中止される。一例において、ジャックハンマーモードは、前進線状動作の入力が所定時間止められたときに中止される。すなわち、ジャックハンマーモードが起動されているときに、EMDが前進線状動作しない間は、線状振動は中止される。線状振動が反転されたり揺さぶられたりする場合は、同様の中止を実行することができる。 Similar to the wiggle mode and drill mode described above with reference to FIGS. 4A, 4B, and 5, with the jackhammer mode of FIG. The alternating forward and backward linear motion that characterizes the mode is discontinued. In one example, the jackhammer mode is discontinued when forward linear motion input is stopped for a predetermined period of time. That is, when the jackhammer mode is activated, linear vibration is discontinued while the EMD is not in forward linear motion. A similar abort can be performed if the linear oscillation is reversed or shaken.

図7を参照すると、EMDシステムにおけるロボット動作の別のモードが例示されている。図7に示されるモードは、アクティブデバイス固定(ADF)と呼ぶ。ADFは、EMD720の機器モジュールが別のEMD710の機器モジュール740に結合されるロボットシステム700などの装置において少なくとも2つのEMDが処置に使用されるシステムで起動される。図7の例では、ロボットシステム700を使用し、患者702の血管系704にEMDを挿入することによって、患者702に処置を実施する。 Referring to FIG. 7, another mode of robot operation in an EMD system is illustrated. The mode shown in FIG. 7 is called Active Device Fixed (ADF). ADF is activated in systems where at least two EMDs are used in a procedure in a device such as robotic system 700 where an EMD 720 instrument module is coupled to another EMD 710 instrument module 740 . In the example of FIG. 7, robotic system 700 is used to perform a procedure on patient 702 by inserting an EMD into vasculature 704 of patient 702 .

図7のロボットシステム700は、マイクロカテーテル710などの第1のEMDと、ガイドワイヤ720である第2のEMDとを含む。ガイドカテーテル730などの第3のEMDが設置されており、これを通してマイクロカテーテル710及びガイドワイヤ720を変位させられる。マイクロカテーテル710は機器モジュール740の相応の線状変位を通して線状変位し、機器モジュール740は、機器支持体又は支持トラック750を含み、これを通ってEMD710,720が次の機器モジュールへ同軸で供給される。 Robotic system 700 of FIG. 7 includes a first EMD such as microcatheter 710 and a second EMD such as guidewire 720 . A third EMD, such as guide catheter 730, is placed through which microcatheter 710 and guidewire 720 are displaced. Microcatheter 710 is linearly displaced through corresponding linear displacement of instrument module 740, which includes an instrument support or support track 750 through which EMDs 710, 720 are coaxially fed to the next instrument module. be done.

図7に示される装置において、機器モジュールが線状に変位し、マイクロカテーテル710の線状変位を駆動する。機器モジュール740の変位は、ガイドワイヤ720の線状変位も駆動する。ガイドカテーテル730は、別の対応するデバイスモジュール(図7には示されていない)によって線状変位させることができる。マイクロカテーテル710、ガイドワイヤ720、及びガイドカテーテル730は、同軸編成である。すなわち、図7に図示されるように、患者702内で、3つのEMD710,720,730は頸動脈などの通路を通し同軸に配置される。 In the device shown in FIG. 7, the instrument module linearly displaces and drives the linear displacement of the microcatheter 710 . Displacement of instrument module 740 also drives linear displacement of guidewire 720 . Guide catheter 730 can be linearly displaced by another corresponding device module (not shown in FIG. 7). Microcatheter 710, guidewire 720, and guide catheter 730 are coaxial. That is, within a patient 702, three EMDs 710, 720, 730 are coaxially arranged through a passageway such as the carotid artery, as illustrated in FIG.

オペレータは、患者702内で他のEMDを静止したままにしておいて1つのEMDを再配置したい場合がある。例えば、オペレータは、ガイドワイヤ720の位置を維持しながら、マイクロカテーテル710を図7Bに示される位置へ線状変位させたいと思うことがある。図7は、EMD710,720,730の遠位部分の位置を示す。当業者であれば、上述のように、制御されるのはEMDの近位端であることを当然理解できる。 An operator may wish to reposition one EMD while leaving the other EMD stationary within the patient 702 . For example, an operator may wish to linearly displace microcatheter 710 to the position shown in FIG. 7B while maintaining the position of guidewire 720 . FIG. 7 shows the location of the distal portions of EMDs 710,720,730. Those skilled in the art will of course understand that it is the proximal end of the EMD that is controlled, as described above.

ADFモードを有効にすると、オペレータは、図7Bに例示されているように、機器モジュール740を距離Δdだけ前方へ変位させることによって、マイクロカテーテル710を線状変位させることができる。一例において、エンコーダによる動作の測定が、量と方向の判定を行うために使用される。ADFモードは、ガイドワイヤ720の反対方向への相応の動作を生じさせ、その結果、図7に図示されるように、ガイドワイヤ720の近位端の位置が患者702に対して実質的に静止したままになる。 With the ADF mode enabled, the operator can linearly displace the microcatheter 710 by displacing the instrument module 740 forward a distance Δd, as illustrated in FIG. 7B. In one example, measurements of motion by an encoder are used to make determinations of amount and direction. The ADF mode causes corresponding movement of the guidewire 720 in the opposite direction such that the position of the proximal end of the guidewire 720 is substantially stationary relative to the patient 702, as illustrated in FIG. remain.

機器モジュール740に対するガイドワイヤ720の動作は、駆動タイヤ742を使用することで実行され、ガイドワイヤ720の線状動作は、補助エンコーダタイヤ744に接続された対応するエンコーダを用いて測定することができる。図7Bに示すように、駆動タイヤ742は、機器モジュール740に対するガイドワイヤ720の後方への変位を生じさせる。一方、マイクロカテーテルが引っ込められる(後進)場合、駆動タイヤ742は、機器モジュール740に対するガイドワイヤ720の前方への変位を生じさせる。ガイドワイヤ720の動作による補助エンコーダタイヤ744の回転は、図2を参照して上述したコントロールコンピューティングシステム34のような中央制御装置に提供される。 Movement of the guidewire 720 relative to the instrument module 740 is performed using drive tires 742, and linear movement of the guidewire 720 can be measured using corresponding encoders connected to auxiliary encoder tires 744. . As shown in FIG. 7B, drive tire 742 causes rearward displacement of guidewire 720 relative to instrument module 740 . On the other hand, when the microcatheter is retracted (backward), drive tire 742 causes forward displacement of guidewire 720 relative to instrument module 740 . Rotation of auxiliary encoder tire 744 by movement of guide wire 720 is provided to a central controller, such as control computing system 34 described above with reference to FIG.

第1のEMD710の特定された変位に応じ、ADFモードが有効の状態で、コントロールコンピューティングシステム34は、マイクロカテーテル710の線状変位(図7の例ではΔd)と実質的に等しい量で且つ機器モジュール740に対するマイクロカテーテル710の変位の方向とは反対の方向に、ガイドワイヤ720の線状変位を生じさせる。 In response to the identified displacement of the first EMD 710, with the ADF mode enabled, the control computing system 34 will generate an amount substantially equal to the linear displacement of the microcatheter 710 (Δd in the example of FIG. 7) and Linear displacement of guidewire 720 is induced in a direction opposite to the direction of displacement of microcatheter 710 relative to instrument module 740 .

図8を参照すると、閉ループオペレーションを使用したADFモードの実行の方法800がフローチャートで示されている。図8の例によれば、プロセスは、オペレータによる指令に従う第1のEMD(例えばマイクロカテーテル710)の動作で始まる(ブロック802)。このコマンドに応答して、マイクロカテーテル710が機器モジュール740によって駆動される(ブロック804)。マイクロカテーテル710の動作は、例えば、マイクロカテーテル710の位置を追跡するエンコーダからの指示値に基づいて、検出(又は特定)される(ブロック806)。 Referring to FIG. 8, a flowchart illustrates a method 800 of ADF mode execution using closed loop operation. According to the example of FIG. 8, the process begins with operation of a first EMD (eg, microcatheter 710) as directed by an operator (block 802). In response to this command, microcatheter 710 is driven by instrument module 740 (block 804). Motion of the microcatheter 710 is detected (or determined), eg, based on indications from an encoder that tracks the position of the microcatheter 710 (block 806).

マイクロカテーテル710の動作の特定に基づいて、反対方向への第2のEMD(例えばガイドワイヤ720)の相応の動作が指令される(ブロック808)。第2のEMD720の指令された動作は、例えば駆動タイヤ742によるガイドワイヤ720の駆動により行われる(ブロック810)。ガイドワイヤ720の移動は、例えば、補助エンコーダタイヤ744又はシステム700内に設けられた他のセンサに結合されたエンコーダによって検出される(ブロック812)。 Based on the identification of movement of microcatheter 710, corresponding movement of a second EMD (eg, guidewire 720) in the opposite direction is commanded (block 808). A commanded movement of the second EMD 720 is effected, for example, by driving the guide wire 720 by the drive tire 742 (block 810). Movement of guidewire 720 is detected, for example, by an encoder coupled to auxiliary encoder tire 744 or other sensor provided within system 700 (block 812).

図8の例では、閉ループオペレーションにおいてセーフガードを提供するために、各種のセーフ機能が提供されている。セーフガードは、センサ(例えばエンコーダ)又は駆動タイヤ742の故障又は欠陥に起因する過補正又は誤補正を防止する。 In the example of FIG. 8, various safe features are provided to provide safeguards in closed loop operation. Safeguards prevent overcorrection or miscorrection due to faulty or defective sensors (eg, encoders) or drive tires 742 .

これに関し、ブロック814において、コントロールコンピューティングシステムは、ガイドワイヤ720の所望の動作(例えば、マイクロカテーテル710の動作に応じた動作)が完了したか否かを判断し、これは、予定した目標位置に到達したガイドワイヤ720により示される。この例において、コントロールコンピューティングシステムは、関連するエンコーダ742によって測定される動作量を使用する。関連するエンコーダによって測定される動作量がガイドワイヤ720の所望の動作量と実質的に等しくなれば、ブロック814で動作が完了したとみなされ、プロセスはブロック816に移る。ブロック816では、マイクロカテーテル710の測定された動作(ブロック802)と、エンコーダによるガイドワイヤ720の測定された動作との間の差が、誤差として計算される。誤差が閾値(例えば0.5mm)を下回る場合、プロセスは完了したとみなされ、第1のEMD710の新たな指令された動作のためにブロック802へ戻る。一例において、ブロック816で特定された誤差が以前の誤差に加えられ、閾値と比較された誤差は累積閾値である。 In this regard, at block 814, the control computing system determines whether the desired movement of the guidewire 720 (eg, movement responsive to movement of the microcatheter 710) has been completed, which determines the intended target location. is indicated by guide wire 720 reaching the . In this example, the control computing system uses motion quantities measured by associated encoders 742 . Once the amount of motion measured by the associated encoder is substantially equal to the desired amount of motion of the guidewire 720 , the motion is considered complete at block 814 and the process moves to block 816 . At block 816, the difference between the measured motion of the microcatheter 710 (block 802) and the measured motion of the guidewire 720 by the encoder is calculated as the error. If the error is below a threshold (eg, 0.5 mm), the process is considered complete and returns to block 802 for new commanded movement of the first EMD 710 . In one example, the error identified at block 816 is added to previous errors and the error compared to the threshold is the cumulative threshold.

ブロック818においてガイドワイヤ720の位置が第1の誤差閾値内であれば、ガイドワイヤ720の補償動作が完了していると判断することができる。第1の閾値は、マイクロカテーテル710の位置変化とガイドワイヤ720の等しく反対の位置変化との間の差である。例えば、互いの動作の差が0.5mm以内であれば、その動作は完了とみなすことができる。この第1の閾値がなければ、ガイドワイヤ720は位置誤差を修正するために動作を続け、振動し得る。オペレータは、患者の解剖学的構造にEMDを位置決めする際にこの振動を好ましくないと思う。場合によって、ガイドワイヤ720の補償動作は、位置誤差が第1の閾値よりも大きい第2の閾値を上回る場合に再実行することができる。例えば、位置誤差が、1.0mmの第2の閾値を上回らない限り、補償動作は再実行されない。別の例では、補償動作は、(例えば、ジョイスティックを作動させるユーザからの)さらなるコマンド入力によって再実行されてもよい。 If the position of the guidewire 720 is within the first error threshold at block 818, it may be determined that the compensating operation of the guidewire 720 is complete. The first threshold is the difference between the change in position of microcatheter 710 and the equal and opposite change in position of guidewire 720 . For example, if the difference between the motions is within 0.5 mm, the motion can be considered complete. Without this first threshold, the guidewire 720 could continue to move and vibrate to correct for position errors. Operators find this vibration undesirable when positioning the EMD on the patient's anatomy. Optionally, the compensating operation of guidewire 720 can be re-performed if the position error exceeds a second threshold that is greater than the first threshold. For example, unless the position error exceeds a second threshold of 1.0 mm, no compensation action is performed again. In another example, the compensating action may be re-executed upon further command input (eg, from the user actuating a joystick).

ブロック814に戻ると、ガイドワイヤ720の動作が、マイクロカテーテル710の動作に応じて指令された動作を完了していない場合、プロセスは、検出されたガイドワイヤ720の動作が、指令されたガイドワイヤ720のタイヤによる動作の量と不一致かどうかを判断する。これは、駆動タイヤの指令された動作の量が、検出されたエンコーダタイヤの動作と一致しない場合に発生する。この場合、ADFモードは、不一致がセンサ(エンコーダタイヤ)の故障に起因するのであれば、ガイドワイヤ720の過剰な変位を防止するために、駆動タイヤによる駆動の量を制限する。 Returning to block 814, if the motion of the guidewire 720 has not completed the motion commanded in response to the motion of the microcatheter 710, then the process continues until the detected motion of the guidewire 720 is replaced by the commanded guidewire motion. Determine if there is a discrepancy with the amount of motion by the 720 tires. This occurs when the amount of commanded movement of the drive tires does not match the sensed movement of the encoder tires. In this case, the ADF mode limits the amount of drive by the drive tire to prevent excessive displacement of the guidewire 720 if the discrepancy is due to sensor (encoder tire) failure.

他の例では、エンコーダ744からの入力は、駆動タイヤ742とガイドワイヤ720との間のスリップ(つまり駆動力の喪失)の結果としてガイドワイヤ720の動作がマイクロカテーテル710の動作に追いつかないことを示し得る。ガイドワイヤ720の動作がマイクロカテーテル710の動作に追いつかなくなると、ガイドワイヤの近位位置が維持されるように、マイクロカテーテル710の動作を遅くしたり、停止させてもよい。 In another example, the input from encoder 744 indicates that the movement of guidewire 720 does not keep up with the movement of microcatheter 710 as a result of slippage (ie, loss of drive force) between drive tire 742 and guidewire 720 . can show When the movement of the guidewire 720 cannot keep up with the movement of the microcatheter 710, the movement of the microcatheter 710 may be slowed or stopped so that the proximal position of the guidewire is maintained.

図7及び図8の例において、第1のEMD710及び第2のEMD720の線状運動は、実質的に同時に行われる。ただし当業者であれば、プロセッサのタイミング又は測定の周波数が動作のタイミングの最小限のオフセットをもたらし得ることを当然理解できる。 In the examples of FIGS. 7 and 8, the linear motions of the first EMD 710 and the second EMD 720 occur substantially simultaneously. However, those skilled in the art will of course appreciate that processor timing or frequency of measurement may result in minimal offsets in the timing of operations.

一例において、エンコーダからのデータは、EMD710,720の予期せぬ動作を示し得る。動作は、例えば、所定の速度又は閾値を超える場合、又は、指令された動作に対応しない場合、意図されていないものと判断される。この場合の動作は予期せぬものと認識することができ、EMD710,720の基準位置は、いずれかのEMDの指令された変位の速度又は量に何ら変更を加えることなく調整することができる。 In one example, data from the encoder may indicate unexpected behavior of the EMDs 710,720. A motion is determined to be unintended if, for example, it exceeds a predetermined velocity or threshold, or if it does not correspond to the commanded motion. The action in this case can be recognized as unexpected and the reference positions of EMDs 710, 720 can be adjusted without any change in the rate or amount of commanded displacement of either EMD.

補助エンコーダタイヤ744に接続されたエンコーダからのデータを使用して、第2のEMD720の有無を検出することができる。例えば、ガイドワイヤ720の動作が駆動タイヤ742の動作を通じて指令されると、補助エンコーダタイヤ744からの信号を使用してガイドワイヤの有無が示される。補助エンコーダタイヤ744が、指令された動作に対応するガイドワイヤ720の所定の閾値(例えば0.1mm)を超える動作を示す場合、ガイドワイヤ720の存在を確認することができる。一方、駆動タイヤ742の指令された動作に応じる動作が補助エンコーダタイヤ744により検出されない場合、ガイドワイヤ720の不在を検出又は特定することができる。別の例において、第2のEMD720は、その存在が最初に検出されるまで、コントロールコンピューティングシステムによって存在しないと仮定することができる。 Data from an encoder connected to the auxiliary encoder tire 744 can be used to detect the presence or absence of the second EMD 720 . For example, when guidewire 720 motion is commanded through drive tire 742 motion, a signal from auxiliary encoder tire 744 is used to indicate the presence or absence of the guidewire. The presence of the guidewire 720 can be confirmed if the secondary encoder tire 744 indicates movement of the guidewire 720 that exceeds a predetermined threshold (eg, 0.1 mm) corresponding to the commanded movement. On the other hand, if no movement of the drive tire 742 in response to the commanded movement is detected by the auxiliary encoder tire 744, the absence of the guidewire 720 can be detected or determined. In another example, the second EMD 720 can be assumed not to exist by the control computing system until its presence is first detected.

当業者であれば、EMDの数が2個より多くてもよいことを当然理解する。例えば、上述の例では、(ガイドワイヤ720に加えて)1つ以上の別のEMDを、マイクロカテーテルの動作に応じて変位させることができる。例えば、マイクロカテーテルの動作に応じて変位させるEMDは、ガイドワイヤ、バルーン又はステントカテーテル、及び使用可能な別のEMDを含む。一例において、1つ以上の別のEMDが含まれ、各々の挙動が第2のEMDと同様に制約される。例えば、ガイドカテーテルを動作させる場合、複数のEMDがガイドカテーテルの動作と等しく反対方向に動作する。1つのシステムにおいて、ガイドカテーテル及びガイドワイヤ及び第3のEMDは、3つの機器のすべてを一緒に動作させる共通基盤に配置される。ガイドワイヤ及び第3のEMDの患者に対する位置を維持するために、ガイドワイヤ及び第3のEMDは、ガイドカテーテルの動作と等しく反対の、基盤の動作に対し反対方向に動作する。複数のEMD装置が存在する場合、ガイドカテーテルに対して反対方向に維持されていない機器は、ガイドカテーテルの動作を拘束するEMDである。他の方法では、ガイドカテーテルは、他のEMDのほとんどを遅らせるEMDによって制約(減速又は停止)される。他のEMDは、ガイドカテーテルの動作を追跡し続ける。その結果、すべてのEMDは、ガイドカテーテルにより動く距離と実質的に等しく反対の距離を動くことになる。 Those skilled in the art will of course understand that the number of EMDs may be greater than two. For example, in the example above, one or more separate EMDs (in addition to guidewire 720) can be displaced in response to movement of the microcatheter. For example, EMDs that displace in response to microcatheter motion include guidewires, balloon or stent catheters, and other EMDs that can be used. In one example, one or more additional EMDs are included, each constrained in the same manner as the second EMD. For example, when moving a guide catheter, multiple EMDs move in equal and opposite directions to the movement of the guide catheter. In one system, a guide catheter and guidewire and a third EMD are placed on a common platform that allows all three instruments to work together. To maintain the position of the guidewire and the third EMD relative to the patient, the guidewire and the third EMD move in a direction opposite to the motion of the base, equal and opposite to the motion of the guide catheter. If multiple EMD devices are present, the device that is not maintained in the opposite direction to the guide catheter is the EMD that constrains the motion of the guide catheter. In other methods, the guide catheter is constrained (slowed down or stopped) by the EMD which retards most of the other EMDs. Other EMDs keep track of the movement of the guide catheter. As a result, all EMDs will travel a distance substantially equal and opposite to the distance traveled by the guide catheter.

図9を参照すると、EMDシステムにおけるロボット動作のための別のモードが例示されている。少なくとも2つのEMDが個別の駆動モジュールによって駆動される場合の2つ以上のEMDの動作を同期させるために、図7及び図8を参照して上述した閉ループオペレーションを使用することができる。図9に示す例において、EMD110,120は、図6を参照して上述したジャックハンマーモードで同期して動作する。 Referring to FIG. 9, another mode for robot operation in an EMD system is illustrated. The closed loop operation described above with reference to FIGS. 7 and 8 can be used to synchronize the operation of two or more EMDs when at least two EMDs are driven by separate drive modules. In the example shown in FIG. 9, EMDs 110 and 120 operate synchronously in the jackhammer mode described above with reference to FIG.

図9に図示されているように、ジャックハンマーモードに関連した線状振動は、2つのEMD110,120の交互前進後進線状動作を含む。図9は、EMD110,120の位置(a)から位置(b)への前進線状動作を各々Δd1の量で示し、これに続くEMD110,120の位置(b)から位置(c)への後進線状動作を各々Δd2の量で示す。上述したように、前進線状動作(Δd1)の量は、後進線状動作(Δd2)の量よりも大きい。動作パターンは、それぞれΔd1だけの位置(c)から位置(d)へのEMD110,120の動作から始まってサイクルを繰り返して継続する。 As illustrated in FIG. 9, the linear vibration associated with the jackhammer mode involves alternating forward and backward linear motion of the two EMDs 110,120. FIG. 9 shows forward linear motion of EMDs 110, 120 from position (a) to position (b), each with an amount of Δd1, followed by reverse motion of EMDs 110, 120 from position (b) to position (c). Each linear motion is denoted by a quantity of Δd2. As noted above, the amount of forward linear motion (Δd1) is greater than the amount of reverse linear motion (Δd2). The motion pattern continues in repeating cycles beginning with motion of the EMDs 110, 120 from position (c) to position (d) by Δd1 each.

第1のEMD110及び第2のEMD120の動作の同期は、エンコーダなどのセンサからの入力を使用して一方のEMDの動作を検出又は特定し、該センサからの情報を使用して他方のEMDを駆動する閉ループシステムにより達成される。例えば、コマンドが第1のEMD110の駆動を生じさせる。コマンドは、コントローラ又はオペレータ入力から受信される。図7を参照して上述した補助エンコーダタイヤ744などのエンコーダタイヤを、第1のEMD110の動作を測定するために使用することができる。第1のEMD110の測定された動作に応じて、コントローラは、第2のEMD120を第1のEMD110と同じ量と同じ方向で変位するように駆動する。 Synchronization of the operation of the first EMD 110 and the second EMD 120 uses input from sensors, such as encoders, to detect or identify the operation of one EMD, and uses information from the sensor to control the operation of the other EMD. It is achieved by a closed loop system driving. For example, a command causes the first EMD 110 to be activated. Commands are received from a controller or operator input. An encoder tire, such as auxiliary encoder tire 744 described above with reference to FIG. 7, can be used to measure the operation of first EMD 110 . In response to the measured motion of the first EMD 110 , the controller drives the second EMD 120 to displace the same amount and in the same direction as the first EMD 110 .

図10を参照すると、図4A及び図4Bを参照して上述したスピンモードと呼ぶウィグルモードの一例に対応する状態マシン図が示されている。図10の例は、主ユーザ入力及びガイドワイヤ機器の線状駆動装置及び回転駆動装置にコマンドがどのように提供されるかを示している。スピンモードが選択されると、ガイドワイヤが前進駆動されている間に回転駆動機構がガイドワイヤの回転振動を提供する。図10を参照すると、選択例としてスピンモードが選択された場合、4つの別々のコマンド状態が存在する。第一に、主ユーザ入力からの指令がないNo GWL COMMAND(GWL:ガイドワイヤ線状)の状態で、コントローラは、回転又は線状動作をガイドワイヤに提供する回転駆動機構又は線状駆動機構に、自動命令を与えない。この状態にいて、オペレータは、ユーザ入力の回転動作によりガイドワイヤ(GW)に回転動作を与えることができる。第二に、オペレータが主ユーザインタフェースを介しコマンドを与えてガイドワイヤを線状前進方向へ動作させるときのGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態で、回転駆動装置が自動的にガイドワイヤに回転振動動作を提供する。また、GW FORWARD MOTOR COMMANDの状態では、主ユーザ入力に対する回転入力はいずれも無視されることになり、回転駆動装置からガイドワイヤへ別の回転運動が付与されることはない。主ユーザインターフェースがジョイスティックであるこのGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、オペレータがジョイスティックを回転させると、これは回転駆動機構に時計回り(CW)及び反時計回り(CCW)の回転命令を提供することになるが、このジョイスティックの回転が、ガイドワイヤの自動振動の他にガイドワイヤを回転させるコントローラから回転駆動機構への命令をもたらすことはない。ユーザが主ユーザ入力を介して線状後進コマンドをGW後進モータに与える、第三のコマンド状態において、ガイドワイヤ回転駆動装置は、ユーザがガイドワイヤを回転させる命令をさらに与えない限り、ガイドワイヤにいかなる回転動作も与えない。主ユーザ入力がジョイスティックの後方へのジョイスティック動作である場合、ガイドワイヤを患者方向の逆方向又は引き抜く方向に動作させるように線状駆動装置に命令を与えるが、このときに、ガイドワイヤに回転振動動作を与える回転駆動装置への指令は提供されない。しかしながら、この第三の状態において、ジョイスティックのCW又はCCW動作のいずれかの回転により、コントローラは、回転駆動装置にCW又はCCW方向のいずれかにガイドワイヤを回転させる命令を与える。この第三の状態において別の見方で説明すると、主入力の後進動作は、基本作動状態と同じ挙動をする。オペレータが主ユーザ入力メカニズムを通して線状前進命令を提供すると、振動サイクル中の位置が保存され、線状前進方向の主ユーザ入力のオペレータ操作が再度続くと、停止したところからサイクルを再開する。一実施形態において、サイクル内の位置が保存されず、オペレータが停止させ、主ユーザ入力を介して線状前進運動を開始するたびに新たに開始する。 Referring to FIG. 10, there is shown a state machine diagram corresponding to an example of the wiggle mode, referred to as the spin mode described above with reference to FIGS. 4A and 4B. The example of FIG. 10 shows how the main user inputs and commands are provided to the linear and rotary drives of the guidewire device. When the spin mode is selected, the rotary drive mechanism provides rotational oscillation of the guidewire while the guidewire is being driven forward. Referring to FIG. 10, if spin mode is selected as an example selection, there are four separate command states. First, in the No GWL COMMAND (GWL: guidewire linear) state, with no command from the primary user input, the controller directs the rotary or linear drive mechanism to provide rotational or linear motion to the guidewire. , do not give automatic orders. In this state, the operator can impart rotational motion to the guidewire (GW) by user input rotational motion. Second, in the GW FORWARD MOTOR COMMAND state, when the operator gives a command via the main user interface to move the guidewire in the linear forward direction, the rotary drive automatically provides rotary oscillatory motion to the guidewire. do. Also, in the GW FORWARD MOTOR COMMAND state, any rotational input relative to the primary user input will be ignored and no additional rotational motion will be imparted to the guidewire from the rotational drive. In this GW FORWARD MOTOR COMMAND state, where the primary user interface is the joystick, when the operator rotates the joystick, this will provide clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) rotation commands to the rotary drive mechanism. However, this joystick rotation does not result in instructions from the controller to the rotation drive mechanism to rotate the guidewire other than to automatically oscillate the guidewire. In the third command state, in which the user gives a linear reverse command to the GW reverse motor via the primary user input, the guidewire rotation drive causes the guidewire to rotate until the user gives further commands to rotate the guidewire. Do not give any rotational motion. If the primary user input is a rearward joystick movement of the joystick, command the linear drive to move the guidewire in the opposite or withdrawal direction of the patient, while causing the guidewire to oscillate rotationally. No command is provided to the rotary drive to provide motion. However, in this third state, rotation of the joystick in either CW or CCW motion causes the controller to command the rotary drive to rotate the guidewire in either the CW or CCW direction. Another way of looking at this third state is that the reverse movement of the main input behaves the same as in the basic operating state. When the operator provides a linear advance command through the primary user input mechanism, the position in the vibration cycle is saved and subsequent operator manipulation of the primary user input in the linear advance direction restarts the cycle where it stopped. In one embodiment, the position within the cycle is not saved and is started anew each time the operator stops and initiates linear forward motion via primary user input.

一例では、各種の状態において上述したように発生する自動回転振動は、各サイクルで、まず360°CW回転で900°/秒及び360°CCW回転で900°/秒を含み、その後、サイクルは、電気機械式回転駆動機構の物理的制限によって要求されるもの以外の方向変化間の休止なく、繰り返される。もちろん、他の速度及び回転量も考えられる。一例では、速度は900°/秒より小さいか900 deg/secより大きいかの間である。 In one example, the autorotational oscillations that occur as described above in various conditions include, in each cycle, first a 360° CW rotation of 900°/sec and a 360° CCW rotation of 900°/sec, after which the cycle is: It is repeated without pauses between direction changes other than those required by the physical limitations of the electromechanical rotary drive. Of course, other speeds and amounts of rotation are also conceivable. In one example, the velocity is between less than 900°/sec and greater than 900 deg/sec.

第四のGW FORWARD MOTOR COMMAND(DISCRETE)の状態では、ここでは個別(分離)前進動作のジョグボタンを選択することによって別々の動作モードが選択されているが、回転駆動機構に回転動作指示が提供されない。ユーザが第2のユーザインターフェースを介してスピン動作アルゴリズムを非選択にすると、主ユーザ入力の操作は、自動交互回転動作のない基本的標準命令に戻る。 In the fourth GW FORWARD MOTOR COMMAND (DISCRETE) state, where a separate operating mode is selected by selecting the separate (separate) forward motion jog button, a rotary motion command is provided to the rotary drive mechanism. not. When the user deselects the spin motion algorithm via the second user interface, the operation of the primary user input reverts to basic standard instructions without automatic alternating spin motion.

主ユーザ入力がジョイスティックであって、コントローラ及びスピン動作技術が第2のユーザ入力で選択される場合、回転駆動機構は、主コントローラを使用してEMDの前進動作中に継続するGWの回転振動を提供する。しかし、GWが前進している間にオペレータが主ユーザ入力(ジョイスティックなど)の回転を意図する場合、システムは回転振動以外の別の回転を提供しない。一実施形態において、振動速度は、軸方向動作の移動の単位あたりの回転度であり、又は、振動速度と線状速度との間の他の何らかの非線形関係である。 If the primary user input is a joystick and a controller and spin motion technique is selected in the second user input, the rotary drive mechanism uses the primary controller to control the continuous rotational oscillation of the GW during forward movement of the EMD. offer. However, if the operator intends to rotate the primary user input (such as a joystick) while the GW is moving forward, the system will not provide any other rotation other than rotational vibration. In one embodiment, the vibration velocity is the degree of rotation per unit of travel of axial motion, or some other non-linear relationship between the vibration velocity and the linear velocity.

一例において、主ユーザ入力の線状不感帯には、振動回転動作があてられていない。すなわち、線状不感帯が主ユーザ入力の2°~3°の動きである場合、主ユーザ入力が線状不感帯を越えて動かされるまで自動回転振動は発生しない。一例において、線状不感帯の他の線状動作命令のない主ユーザ入力の回転により、回転駆動装置はガイドワイヤに回転動作をもたらす。 In one example, the linear deadband of the primary user input is not subject to oscillatory rotary motion. That is, if the linear deadband is 2° to 3° of movement of the primary user input, autorotational oscillations will not occur until the primary user input is moved beyond the linear deadband. In one example, rotation of the primary user input without other linear motion commands of the linear deadband causes the rotary drive to provide rotary motion to the guidewire.

図11を参照すると、図4A及び図4Bを参照して上述したウィグルモードの別の例に対応した状態マシン図が提供される。図11に示されている例は、回転振動中の主ユーザ入力による回転入力が他よりも一方向へ大きな回転動作をもたらすことを除いて、特定されている4つの状態についての図10の例と同じ機能を有している。一例として、主ユーザ入力はジョイスティックであり、ユーザが次の両方を提供している。ジョイスティックをユーザから概ね離れる方向に動かして線状駆動機構に線状前進命令を提供し、同時にジョイスティックを時計方向に回転させることで回転駆動機構が、交互に、ガイドワイヤをCW方向及びCCW方向に回転させ、各サイクル中、CW回転度はCCW回転度よりも大きい。ジョイスティックのニュートラル位置からより離してオペレータがジョイスティックを回転させると、CWとCCWの回転の比率が大きくなる。同様に、オペレータがジョイスティックを前方にも動かしながらジョイスティックをCCW回転させると、回転駆動装置は、上述のようにガイドワイヤを正味のCCW方向に回転させる。 Referring to FIG. 11, a state machine diagram is provided corresponding to another example of the wiggle mode described above with reference to FIGS. 4A and 4B. The example shown in FIG. 11 is the example of FIG. 10 for the four states identified, except that the rotational input due to the primary user input during rotational oscillation results in greater rotational motion in one direction than the other. have the same function as As an example, the primary user input is a joystick, with the user providing both: Moving the joystick generally away from the user provides a linear advance command to the linear drive mechanism, while rotating the joystick clockwise causes the rotary drive mechanism to alternately move the guidewire in the CW and CCW directions. Rotate and during each cycle the degree of CW rotation is greater than the degree of CCW rotation. The farther the operator rotates the joystick from the joystick's neutral position, the greater the ratio of CW and CCW rotation. Similarly, if the operator rotates the joystick CCW while also moving the joystick forward, the rotary drive will rotate the guidewire in the net CCW direction as described above.

図12を参照すると、図5を参照して上述したドリルモードの一例に対応して、状態マシン図が提供される。ドリルモードが選択されると、4つの別々のコマンド状態がある。第一に、主ユーザインタフェースからのガイドワイヤ線状コマンドがないNo GWL COMMAND(GWL:ガイドワイヤ線状)の状態において、ジョイスティックなどの主ユーザインタフェースのCW及びCCW操作又は動作により、通常のCW及びCCW回転コマンドを提供することができる。すなわち、ガイドワイヤのCW又はCCW回転に関する主ユーザインタフェースからの命令は、コントローラを介して、CW又はCCW方向にガイドワイヤを回転させる回転駆動機構に命令を与える。第二に、GW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、オペレータが主ユーザインタフェースにより、ガイドワイヤを線状前進方向に動作させる指令を与えると、回転駆動装置は自動的にCW回転運動をガイドワイヤに与える。また、GW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、主ユーザ入力に対する回転入力はいずれも無視されることになり、回転駆動装置からガイドワイヤに別の回転動作は付与されないことになる。主ユーザインタフェースがジョイスティックであって、オペレータがジョイスティックを回転させようと意図した場合、これは、第二のGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において回転駆動機構にCW及びCCW回転指令を与えることになるが、当該ジョイスティックの回転により、ガイドワイヤの自動CW回転に加えてガイドワイヤを回転させる指令がコントローラから回転駆動機構に与えられることはない。ユーザが主ユーザ入力を介して線状後進動作指令を与える第三のGW REVERSE MOTOR COMMANDの状態において、ガイドワイヤ回転駆動装置がガイドワイヤに自動回転動作を与えることはない。しかしながら、この状態において、ユーザが、主ユーザ入力の操作によってガイドワイヤを回転させる命令も与える場合、GWは、基本の通常作動状態におけるように回転される。主ユーザ入力がジョイスティックの後方へのジョイスティック動作である場合、ガイドワイヤに回転運動作を付与する命令を回転駆動装置に与えずに、ガイドワイヤを患者方向の反対又は引き抜く方向にガイドワイヤを動作させる命令を線状駆動装置に与える。しかしながら、この第三の状態において、ジョイスティックのCW又はCCW動作のいずれかの回転は、コントローラが、ガイドワイヤをCW又はCCW方向に回転させるように回転駆動装置に命令を与える結果となる。この第三の状態において別の言い方をすると、主入力の後進動作は基本作動状態と同じ挙動を生む。 Referring to FIG. 12, a state machine diagram is provided corresponding to the exemplary drill mode described above with reference to FIG. When drill mode is selected, there are four separate command states. First, in the No GWL COMMAND (GWL) state, where there is no guidewire linear command from the main user interface, normal CW and A CCW rotation command can be provided. That is, commands from the main user interface for CW or CCW rotation of the guidewire provide commands, via the controller, to the rotational drive mechanism that rotates the guidewire in the CW or CCW direction. Second, in the GW FORWARD MOTOR COMMAND state, when the operator gives a command through the main user interface to move the guidewire in the linear forward direction, the rotary drive automatically imparts CW rotational motion to the guidewire. Also, in the GW FORWARD MOTOR COMMAND state, any rotational input relative to the primary user input will be ignored and no additional rotational motion will be imparted to the guidewire from the rotational drive. If the primary user interface is a joystick and the operator intends to rotate the joystick, this will give CW and CCW rotation commands to the rotary drive in the second GW FORWARD MOTOR COMMAND state, Rotation of the joystick does not cause the controller to command the rotation drive mechanism to rotate the guidewire in addition to the automatic CW rotation of the guidewire. In the third GW REVERSE MOTOR COMMAND state, in which the user gives a linear reverse motion command via the primary user input, the guidewire rotary drive does not impart automatic rotary motion to the guidewire. However, if in this state the user also gives a command to rotate the guidewire by manipulation of the primary user input, the GW is rotated as in the base normal operating state. If the primary user input is a rearward joystick movement of the joystick, move the guidewire in the opposite or withdrawal direction to the patient without commanding the rotational drive to impart rotational movement to the guidewire. Give commands to the linear drive. However, in this third state, rotation of the joystick in either CW or CCW motion results in the controller commanding the rotary drive to rotate the guidewire in the CW or CCW direction. Stated differently in this third state, the reverse movement of the primary input produces the same behavior as in the basic operating state.

一例において、各種の状態において上述したように発生する自動回転動作は、900 °/秒CW回転である。もちろん、他の速度及び回転速度も考えられる。一実施形態において速度は900°/秒よりも大きく、一実施形態において速度は900°/秒よりも小さいが、ゼロ°/秒よりは大きい。 In one example, the autorotational motion that occurs as described above under various conditions is a 900°/sec CW rotation. Of course, other speeds and rotational speeds are also conceivable. In one embodiment the velocity is greater than 900°/sec, and in one embodiment the velocity is less than 900°/sec but greater than 0°/sec.

別々の(分離した)前進のジョグボタンを選択することによって個別の動作モードが選択されている第四のGW FORWARD MOTOR COMMAND (DISCRETE)の状態において、回転駆動機構に回転動作命令は提供されない。ユーザがドリルモードを非選択にすると、主ユーザ入力の操作は、自動回転動作のない基本の標準命令に戻る。 In the fourth GW FORWARD MOTOR COMMAND (DISCRETE) state where the discrete operating mode is selected by selecting the separate (separate) forward jog button, no rotary motion command is provided to the rotary drive mechanism. When the user deselects drill mode, the operation of the primary user input reverts to basic standard instructions without autorotation.

一実施形態において、回転の速度は、軸方向動作の移動の単位あたりの回転度であるか、回転速度と線状速度との間の他の何らかの非線形関係である。 In one embodiment, the speed of rotation is the degree of rotation per unit of travel of axial motion or some other non-linear relationship between rotational speed and linear speed.

一例において、ドリルモードである間、主ユーザ入力の線状不感帯でCW回転動作は提供されない。つまり、線状不感帯が主ユーザ入力の2°~3°の動作である場合、主ユーザ入力が線状不感帯を超えて移動するまで、自動CW回転は発生しない。一実施形態において、線状不感帯を除いて、線状動作命令のない主ユーザ入力の回転により、回転駆動装置はガイドワイヤに回転動作をもたらすことになる。 In one example, no CW rotation motion is provided in the linear deadband of the primary user input while in drill mode. That is, if the linear deadband is 2°-3° of motion of the primary user input, no automatic CW rotation occurs until the primary user input moves beyond the linear deadband. In one embodiment, rotation of the primary user input without a linear motion command, except for the linear deadband, will cause the rotary drive to provide rotary motion to the guidewire.

図13を参照すると、図6を参照して上述したジャックハンマーモードの例に対応する状態マシン図が図示されている。図13の例では、ジャックハンマーモードがガイドワイヤに適用される。ガイドワイヤ(GW)のジャックハンマーモードを選択した場合、GWの動作に影響を与える状態が多数ある。NO GWL COMMANDの状態(ガイドワイヤ線状動作コマンドなし)において、ユーザ入力は通常の回転作動を提供する。これは、オペレータがユーザ入力の操作によりGWをCW又はCCWで回転させるものである。GW FORWARD MOTOR COMMAND (JOYSTICK)の状態において、GW線状駆動機構は、前進動作を後進動作よりも大きくして、GWを前進後進方向のサイクルで自動的に動作させる。この状態において、オペレータは、ユーザインタフェースの操作により(ユーザインタフェースがジョイスティックである場合のCW又はCCW方向のジョイスティック回転により)、GWにCW又はCCW方向を与えることもできる。GW REVERSE MOTOR COMMANDの状態において、この状態ではオペレータがユーザインタフェースを操作してGWを引き抜くか又はGWに後進動作を与えるが、GWの自動の周期的線状動作(前進及び後進)はないことになる。揺さぶり又は個別動作ボタン又は入力に基づくGW FORWARD MOTOR COMMANDの状態において、GW線状駆動機構はGWに自動の周期的線状動作を与えない。一実施形態において、自動の周期的動作は、12mm/秒で1.5mm前進及び12mm/秒で1mm後進であり、前進と後進動作間の休止は、方向を切り替えるためにGW線状駆動機構に必要な滞留期間である。一実施形態において、滞留期間はオペレータが認識することができない。もちろん、他の距離及び速度も考えられ、0mmより大きく且つそれぞれ1.5mm及び1mmより小さい又はそれぞれ1.5mm及び1mm以上とすることができる。同様に、速度は、ゼロより大きくて12mm/秒より小さくてもよく、又は12mm/秒以上であってもよい。ジャックハンマー動作技術は、本明細書に援用される米国特許9,220,568に記載されている。一実施形態において、後進動作が前進動作よりも大きい。 Referring to FIG. 13, a state machine diagram corresponding to the example jackhammer mode described above with reference to FIG. 6 is shown. In the example of Figure 13, the jackhammer mode is applied to the guidewire. When selecting the jackhammer mode of a guidewire (GW), there are a number of conditions that affect the operation of the GW. In the NO GWL COMMAND state (no guidewire linear motion command), user input provides normal rotational motion. In this, the operator rotates the GW by CW or CCW according to user input operation. In the GW FORWARD MOTOR COMMAND (JOYSTICK) state, the GW linear drive automatically cycles the GW forward and backward with forward motion greater than reverse motion. In this state, the operator can also give the GW the CW or CCW direction by manipulating the user interface (by rotating the joystick in the CW or CCW direction if the user interface is a joystick). In the GW REVERSE MOTOR COMMAND state, in this state the operator manipulates the user interface to pull out the GW or give the GW reverse motion, but note that there is no automatic periodic linear motion (forward and reverse) of the GW. Become. In the state of GW FORWARD MOTOR COMMAND based on shaking or individual motion buttons or inputs, the GW linear drive does not provide automatic periodic linear motion to the GW. In one embodiment, the automatic cyclic motion is 1.5 mm forward at 12 mm/sec and 1 mm reverse at 12 mm/sec, with a pause between forward and reverse motion to the GW linear drive mechanism to switch directions. required residence period. In one embodiment, the dwell period is invisible to the operator. Of course, other distances and velocities are also conceivable and may be greater than 0 mm and less than 1.5 mm and 1 mm respectively or greater than or equal to 1.5 mm and 1 mm respectively. Similarly, the velocity may be greater than zero and less than 12 mm/sec, or greater than or equal to 12 mm/sec. Jackhammer actuation techniques are described in US Pat. No. 9,220,568, incorporated herein by reference. In one embodiment, reverse motion is greater than forward motion.

図14を参照すると、図6を参照して上述したジャックハンマーモードの別の例に対応する状態マシン図が図示されている。図14の例では、ジャックハンマーモードはバルーン又はステントカテーテルに適用され、ここでは点打とも呼ぶ。図14の例示モードが選択されると、バルーンカテーテル又はステントカテーテル(ここでは個々でもまとめてでも「BSC」と呼ぶ)の動作に影響を及ぼす多くの状態が存在する。BSCには、他の細長い医療機器も含まれ得る。図14に示されているモードは、図13のモードに類似しているが、BSCの回転駆動装置がないので、回転の態様は関係ない。 Referring to FIG. 14, a state machine diagram corresponding to another example of the jackhammer mode described above with reference to FIG. 6 is shown. In the example of Figure 14, the jackhammer mode is applied to a balloon or stent catheter, also referred to herein as puncturing. When the exemplary mode of FIG. 14 is selected, there are a number of conditions that affect the operation of a balloon catheter or stent catheter (herein individually and collectively referred to as "BSC"). BSCs may also include other elongated medical devices. The mode shown in FIG. 14 is similar to the mode of FIG. 13, but since there is no BSC rotary drive, the aspect of rotation is irrelevant.

図15を参照すると、図7及び図8を参照して上述したADFモードの一例に対応する状態マシン図が示されている。ADFモードの一例では、1つ又は2つの線状駆動機構の協調制御が提供される。これら線状駆動機構は、同様の基盤にあり、基盤が線状方向に動作するときにGCと一緒に線状動作する。ADFモードにより、ガイドワイヤ及び/又はBSCの線状駆動機構が、地面又は患者に対してGCを移動させながら、地面又は患者に対してGW及びBSCの固定位置を維持する。一実施形態において、ADF動作アルゴリズムが選択され有効にされると、システムは、一定距離の前進及び後進でガイドワイヤとカテーテルを自動的に移動させることによって、ガイドワイヤとカテーテルが装填されているかどうかを検出し、ガイドワイヤとカテーテルがそれぞれの線状駆動機構に装填されているかどうかを位置センサを介してチェックする。一実施形態において、この前進及び後進動作は摂動と呼ばれ、ガイドワイヤを0.1mm前進させ、次いで同じ距離を後進させる。ただし、1mmや0.01mmなど0.1mmより大きい又は小さい他の距離も考えられる。距離は、処置リスクプロファイルへの影響を最小限に抑えるのと同時にセンサによって検出もされるように選択される。一実施形態において、機器検出システムは、光学センサ、機械センサ、及び磁気センサのような能動機器検出器である。第一のGW AND BSC NOT LOADEDの状態において、この状態は、ガイドカテーテルの縦軸に沿ってガイドカテーテルを前進又は後進動作させるためにユーザ入力を介してオペレータから与えられる命令がない、GC線状コマンドが与えられていない状態であるが、GW及びBSC線状駆動機構は、GW及びBSCをそれぞれ、ガイドカテーテルの動作に対して等しく反対方向に移動させる。一例として、ガイドカテーテルを前方へ1cm動作させると、ガイドワイヤ及びBSC駆動機構はガイドワイヤとBSCを後方へ1cm動作させる。これは、GW及びBSCがそれぞれの線状駆動機構内で検出されない場合でも実行される。この機器検出機能により、2つ以上の固定機器の場合のそのうちの1つのみが装填されている場合に、ADFをうまく使用することができる。全ての固定された機器駆動モジュールに対して閉ループ制御が常に有効であった場合、機器が装填されていないとき、システムは、装填されていない機器を固定することができないために、全ての機器の全ての動作を防ぐ可能性がある。加えて、機器検出機能は、センサがガイドワイヤ及びBSCの存在を検出しなかった場合、フェイルセーフ機構も提供する。このモードの一実施形態において、GW及びBSC牽引通知は抑制される。牽引通知は、センサがコントローラにより意図された速度で動作するGW及びBSCを検出しない場合に、警告を提供する。 Referring to FIG. 15, a state machine diagram corresponding to the example ADF mode described above with reference to FIGS. 7 and 8 is shown. One example of ADF mode provides coordinated control of one or two linear drives. These linear drives are on a similar base and move linearly with the GC when the base moves in a linear direction. ADF mode allows the guidewire and/or linear drive of the BSC to move the GC relative to the ground or patient while maintaining a fixed position of the GW and BSC relative to the ground or patient. In one embodiment, when the ADF motion algorithm is selected and enabled, the system detects whether the guidewire and catheter are loaded by automatically moving the guidewire and catheter a fixed distance forward and backward. and checks via position sensors whether a guidewire and catheter are loaded into their respective linear drives. In one embodiment, this advancing and retracting motion is called a perturbation and advances the guidewire 0.1 mm and then retracts the same distance. However, other distances greater or less than 0.1 mm, such as 1 mm or 0.01 mm, are also conceivable. The distance is chosen to minimize impact on the treatment risk profile while also being detected by the sensor. In one embodiment, the device detection system is an active device detector, such as optical sensors, mechanical sensors, and magnetic sensors. In the first GW AND BSC NOT LOADED state, this state is a GC linear state in which there are no instructions given by the operator via user input to move the guide catheter forward or backward along its longitudinal axis. In the uncommanded state, the GW and BSC linear drives move the GW and BSC, respectively, in equal and opposite directions to the movement of the guide catheter. As an example, when the guide catheter is moved forward 1 cm, the guidewire and BSC drive mechanism moves the guidewire and BSC backward 1 cm. This is done even if GW and BSC are not detected in their respective linear drives. This instrument detection feature allows the ADF to be successfully used when only one of the two or more stationary instruments is loaded. If closed-loop control was always enabled for all fixed equipment drive modules, when no equipment was loaded, the system would not be able to lock any unloaded equipment. May prevent all movement. Additionally, the instrument detection feature also provides a fail-safe mechanism if the sensor fails to detect the presence of the guidewire and BSC. In one embodiment of this mode, GW and BSC pull notifications are suppressed. A tow notification provides a warning if the sensors do not detect the GW and BSC operating at the speed intended by the controller.

ユーザが、主ユーザ入力又は特定のガイドカテーテルユーザ入力のいずれかを通して、基盤全体、したがってBSCの線状駆動機構及びガイドワイヤの線状駆動機構を動作させることによってガイドカテーテルを線状動作させる入力を提供すると、ガイドワイヤの線状駆動機構及び及びBSCの線状駆動機構に、ガイドカテーテルの動作と等しい距離だけ反対方向にガイドワイヤ及びカテーテルを線状動作させるためのコマンドが自動的に与えられる。一実施形態において、ガイドカテーテルの第1の方向の動作は、ガイドワイヤ及びBSCの第1の方向とは反対の方向への動作と同時に行われる。一実施形態において、ガイドカテーテルの動作命令をユーザ入力が提供するときのガイドワイヤ及びBSCに反対方向の動作を提供するコマンドは、ガイドカテーテルのユーザ入力が不感帯を越えた場合にのみ発生する。 The user inputs, through either the primary user input or a specific guide catheter user input, to linearly move the guide catheter by operating the entire platform and thus the linear drive of the BSC and the linear drive of the guidewire. When provided, the linear drive of the guidewire and the linear drive of the BSC are automatically commanded to linearly move the guidewire and catheter a distance equal to the movement of the guide catheter and in the opposite direction. In one embodiment, movement of the guide catheter in the first direction is concurrent with movement of the guidewire and BSC in a direction opposite to the first direction. In one embodiment, the command to provide movement in the opposite direction to the guidewire and BSC when the user input provides a command to move the guide catheter occurs only when the user input to the guide catheter exceeds the deadband.

ガイドワイヤが装填されているとして検出され、BSCが装填されていないとして検出される、GW LOADEDの状態において、ガイドカテーテルを線状動作させるコマンドがなければ、ガイドワイヤもBSCも動作しない。しかし、GCユーザ入力が動作又は起動されてガイドカテーテルを線状動作させる場合、ガイドワイヤ線状駆動機構にコマンドが自動的に与えられ、固定の位置を維持するガイドワイヤ線状駆動機構による動作の必要量がガイドカテーテル線状駆動機構に与えられる動作の量と異なる場合であっても、ガイドワイヤの位置を固定位置に維持するのに等しい量、逆方向に動作する。このようにして、閉ループ制御が提供される。これとは対照的に、このコマンド状態では、BSCの線状駆動機構は、ガイドカテーテルの線状駆動装置によって提供される動作と等しい量で反対方向に動作する。 In the GW LOADED state, where the guidewire is detected as loaded and the BSC is detected as unloaded, neither the guidewire nor the BSC are actuated unless there is a command to linearly actuate the guide catheter. However, when the GC user input is activated or activated to linearly move the guide catheter, a command is automatically given to the guidewire linear drive to cause the guidewire linear drive to maintain a fixed position. Even if the required amount is different than the amount of motion imparted to the guide catheter linear drive mechanism, it will move in the opposite direction by an equal amount to maintain the position of the guidewire in a fixed position. In this way closed loop control is provided. In contrast, in this command state, the BSC's linear drive mechanism moves in the opposite direction by an amount equal to that provided by the guide catheter's linear drive.

GW AND BSC LOADEDの状態において、ガイドワイヤ線状駆動機構及びBSC線状駆動機構の両方が、ガイドワイヤ及びBSCをそれぞれ、ガイドカテーテルの動作の反対方向に動作させ、GW及びBSCが患者及び/又は地面に対して固定位置に留まるように、動作量が設定される。このように、GW及びBSCの両方に対して閉ループ制御が提供される。 In the GW AND BSC LOADED state, both the guidewire linear drive mechanism and the BSC linear drive mechanism cause the guidewire and BSC, respectively, to move in opposite directions to the movement of the guide catheter, so that the GW and BSC are directed to the patient and/or the patient. The amount of movement is set so that it remains in a fixed position with respect to the ground. Thus, closed loop control is provided for both GW and BSC.

一実施形態において、GW及びBSCを動作させる閉ループシステムで、タイヤに連結されたエンコーダなどのセンサを使用して、GW及びBSCの位置がGCの動作と等しく反対方向で適切に動作したか否かを判断する。エンコーダが、GW及び/又はBSCがGCの位置変化と適切に等しくて反対方向に満たない位置にあるというフィードバックを提供した場合、GW及びBSCが適切な等しく反対方向の相対位置に戻るまで、GCの動作を減速するためにGC線状駆動機構へコマンドが自動的に送られる。一例として、ガイドカテーテルユーザ入力がガイドカテーテルに対し前進10単位の動作を命令し、エンコーダが、GWが反対方向に動作したが8単位の距離しか動作していないことを示している場合、GW及び/又はBSCがGCの等しく反対方向の距離を同期して動作するまで、GC線状駆動機構は自動的に減速される。GW及び/又はBSCが同期状態になると、GC線状駆動装置は、当初に意図されたその動作速度まで加速されて戻る。一実施形態において、GW及び/又はBSCにおいて滑りが検出されると、GW及び/又はBSC駆動機構は、GW及び/又はBSCがGCと同期状態になるまで、GW及びBSC線状動作の速度を増加させる。一実施形態において、GCは減速され、必要に応じてGW及び/又はBSCは同時に加速される。同期状態は、GCの移動中、GW及びBSCが地面及び/又は患者に対して固定された位置に留まるものである。 In one embodiment, in a closed-loop system that operates the GW and BSC, using sensors such as encoders coupled to the tire, whether the GW and BSC positions were properly operating in the same and opposite direction as the GC. to judge. If the encoder provides feedback that the GW and/or BSC are in less than equal and opposite positions to the GC position change, the GC will continue until the GW and BSC return to their proper equal and opposite relative positions. A command is automatically sent to the GC linear drive to slow down the motion of the . As an example, if the guide catheter user input commands the guide catheter to move forward 10 units and the encoder indicates that GW has moved in the opposite direction but only 8 units of distance, then GW and /or The GC linear drive is automatically decelerated until the BSC has moved synchronously an equal and opposite distance of the GC. Once the GW and/or BSC are in sync, the GC linear drive is accelerated back to its originally intended operating speed. In one embodiment, upon detection of slippage in the GW and/or BSC, the GW and/or BSC drive reduces the speed of the GW and/or BSC linear motion until the GW and/or BSC are in sync with the GC. increase. In one embodiment, the GC is decelerated and the GW and/or BSC are simultaneously accelerated if necessary. A synchronous state is one in which the GW and BSC remain in a fixed position relative to the ground and/or the patient while the GC is moving.

一実施形態において、GW及び/又はBSCの動作は、固定された等しく反対方向の量ではなく、GCの速度とは異なる速度である。 In one embodiment, the motion of the GW and/or BSC is at a rate different from that of the GC, rather than a fixed equal and opposite amount.

一実施形態において、補助エンコーダが、ADF動作技術においてGW及び/又はBSC機器を固定するための閉ループ制御システムを提供するために使用される。 In one embodiment, auxiliary encoders are used to provide a closed loop control system for locking GW and/or BSC equipment in ADF motion techniques.

一実施形態において、ADF動作技術は、GW及び/又はBSCの空間的固定が制御則に従って不可能である場合、GCの動作を停止する。 In one embodiment, the ADF operation technique stops GC operation when spatial fixation of GW and/or BSC is not possible according to the control law.

一実施形態において、補助エンコーダは、補助エンコーダの動作を検出することによって機器がGW線状駆動装置及び/又はBSC線状駆動装置に装填されているかどうかを検出する。動作が検出されない場合は、機器が装填されていないとみなされる。この実施形態では、線状駆動機構に装填された機器があるか否かについての判断は行われず、機器又は機器の動作に関する最初のコマンドによってのみチェックされる。装填として検出される機器がない場合、補助エンコーダ故障の単純欠陥から保護する固定のために開ループ制御が使用される。 In one embodiment, the auxiliary encoder detects whether equipment is loaded into the GW linear drive and/or the BSC linear drive by detecting the operation of the auxiliary encoder. If no motion is detected, the device is considered unloaded. In this embodiment, no determination is made as to whether or not there is equipment loaded in the linear drive, it is only checked by the first command for equipment or equipment movement. If no equipment is detected as loaded, open loop control is used for fixation that protects against the simple defect of an auxiliary encoder failure.

一実施形態において、ユーザは、GW及び/又はBSCに関してユーザ入力を手動で操作することによって、ADF動作技術で手動調節を提供することができる。GW及び/又はBSCを線状動作させるユーザによる命令は、自動動作を補完する。一実施形態において、ADF動作技術でGW及びBSCを線状動作させるためのオペレータ命令は、ユーザが独立したGW又はBSC線状動作命令を提供するのをやめるまで、ADF動作技術を一時的に中止する。 In one embodiment, the user can provide manual adjustments in the ADF motion technique by manually manipulating user inputs with respect to GW and/or BSC. User commands for linear operation of the GW and/or BSC complement the automatic operation. In one embodiment, the operator command to linearly operate the GW and BSC with the ADF motion technology temporarily suspends the ADF motion technology until the user stops providing independent GW or BSC linear motion commands. do.

図16A~図16Dを参照すると、一実施形態において、アクティブデバイス固定(ADF)動作は、地面又は患者に対する機器位置、機器慣性位置を固定することからなる。各機器の慣性位置は、GCが変位するのと同じ方向に変位すると仮定される。したがって、機器の位置を維持するために、ADFが有効になるとその位置はGCの方向と反対の方向に動作する必要がある。 GCの位置xGC(t)(x_GC_tと表記)は、コマンド速度vGC(t)(v_GC_t と表記)の積分である。この関係はGCインテグレータモデルで捉えられる。

Figure 0007242841000001
16A-16D, in one embodiment, active device fixation (ADF) operation consists of fixing the device position, device inertial position relative to the ground or patient. The inertial position of each instrument is assumed to be displaced in the same direction as the GC is displaced. Therefore, in order to maintain instrument position, the position must move in the opposite direction of the GC when the ADF is enabled. The GC position xGC(t) (denoted x_GC_t) is the integral of the commanded velocity vGC(t) (denoted v_GC_t). This relationship is captured in the GC integrator model.
Figure 0007242841000001

GWの位置xGW(t)(x_GW_tと表記)は、調整(拡大/縮小)されたGWコマンド速度vGW(t)(v_GW_tと表記)の積分であり、実数kGW(k_GWと表記)で調整される。

Figure 0007242841000002
The GW position xGW(t) (denoted x_GW_t) is the integral of the scaled (scaled) GW command velocity vGW(t) (denoted v_GW_t) scaled by the real number kGW (denoted k_GW) .
Figure 0007242841000002

したがって、0<kGW<1であるこの物理モデルですべりを捉えることができる。kGWがゼロの場合に完全なGWスリップが発生する。結果としてGWの慣性位置xGWt(x_GWi(t)と表記する)は、xCM/(t)とGC位置xGC(t)の和である。同様に、BSCの物理モデルは以下の通りである。

Figure 0007242841000003
Therefore, slip can be captured with this physical model where 0<kGW<1. Full GW slip occurs when kGW is zero. The resulting GW inertial position xGWt (denoted as x_GWi(t)) is the sum of xCM/(t) and GC position xGC(t). Similarly, the physical model for BSC is as follows.
Figure 0007242841000003

BSCへのコマンド速度vBSCはv_BSC(t)と表記され、対応する位置xBSCはx_BSC(t)と表記される。結果としてBSCの慣性位置xBSa(x_BSCi(t)と表記する)は、xBSc(J)とGC位置xGC(t)の和である。 The command velocity vBSC to BSC is denoted v_BSC(t) and the corresponding position xBSC is denoted x_BSC(t). The resulting BSC inertial position xBSa (denoted as x_BSCi(t)) is the sum of xBSc(J) and GC position xGC(t).

ADF動作技術の一実施形態では、GW及びBSCの慣性位置を固定するように作用し、ユーザがジョイスティック(JS)コマンドでGC運動から独立してGW及びBSCを動作させることを可能にし、GWのスリップが過剰であって補正運動がキャッチアップする必要がある場合にGCの前進(FWD)及び後進(REV)運動を減少させる。 One embodiment of the ADF motion technique acts to fix the inertial position of the GW and BSC, allows the user to move the GW and BSC independent of GC motion with joystick (JS) commands, and Reduce forward (FWD) and reverse (REV) motion of the GC when slip is excessive and corrective motion needs to catch up.

一実施形態において、GW及びBSCの慣性位置は、GCの負のコマンド速度でそれぞれに沿ってGW及びBSCに供給すること、そして、GW及びBSCの速度を、GCの位置(dx_GC_t)の負の変化を含むそれらの対応するフィードバック項(e_BSC_t、e_GW_t)に比例して調節することによる。ここで、e_BSC_tは(r_BSC_t-x_BSC_t)に等しく、そのr_BSC_tは、制限されたBSCジョイスティック速度とADFフィードバック項dx_GC(t)との和の積分である。dx_GC(t)は初期GC位置x_GC(0)マイナス現在のGC位置x_GC(t)に等しい。
***ここで、e_GW_tは(r_GW_t-x_GW_t)に等しく、r_GW_tは、制限されたGWジョイスティック速度とADFフィードバック項dx_GC(t)との和の積分である。
In one embodiment, the inertial positions of GW and BSC are fed to GW and BSC respectively along with the negative command velocity of GC, and the velocity of GW and BSC is the negative of the position of GC (dx_GC_t). By proportionally adjusting their corresponding feedback terms (e_BSC_t, e_GW_t) containing changes. where e_BSC_t is equal to (r_BSC_t-x_BSC_t), where r_BSC_t is the integral of the limited BSC joystick velocity plus the ADF feedback term dx_GC(t). dx_GC(t) is equal to initial GC position x_GC(0) minus current GC position x_GC(t).
***where e_GW_t equals (r_GW_t - x_GW_t), where r_GW_t is the integral of the limited GW joystick velocity plus the ADF feedback term dx_GC(t).

ADF技術の一実施形態において、ユーザは、GW及びBSCそれぞれの速度コマンドの積分である基準項を含めることによって、GC運動から独立してGW及びBSCを動作させることができる。GCの前進及び後進運動は、GW及びBSC機器のスリップ(関数y=fcn(e_GW_t、e_BSC_t))に起因してフィードバックエラーが増えると減少する。 In one embodiment of the ADF technique, the user can operate the GW and BSC independently of GC motion by including a reference term that is the integral of the respective velocity commands of the GW and BSC. GC forward and backward motions decrease with increasing feedback error due to GW and BSC instrument slip (function y=fcn(e_GW_t, e_BSC_t)).

図16を参照すると、GW及びBSCコントロール部の.9及び.95の項は、1つのシミュレーションにおけるGW及びBSCのスリップを表す。別の言い方をすると、.9はGWの10パーセントスリップを表し、.95はBSCの5パーセントスリップを表す。.9と.95は、それぞれGWとBSCのスリップを検出するエンコーダからコントロールシステムに供給される。GW及びBSCの実際のスリップ率は、ADF技術の作動中にエンコーダ又は他のセンサを使用して特定される。 Referring to FIG. 16, the . 9 and . The 95 terms represent the GW and BSC slips in one simulation. In other words, . 9 represents a 10 percent slip in GW, . 95 represents a 5 percent slip of BSC. . 9 and . 95 are fed to the control system from encoders that detect GW and BSC slip, respectively. The actual slip ratios of GW and BSC are determined using encoders or other sensors during operation of the ADF technique.

アクティブデバイス固定は、GW及びBSCが機械クランプ機器を使用して地面及び/又は患者に対して固定される別の実施形態において達成され得る。クランプ機器は、GC動作中に機器を選択的に固定する。一実施形態において、GW及びBSCは、GCの動作中に相対位置を維持するように動作するロボットアームのような動的機器で、地面に対して固定される。一実施形態において、GW又はBSCの動作がセンサ及び/又は撮像システムによるなどで検出される場合、GCの動作は自動的に止められる。 Active device fixation may be achieved in another embodiment where the GW and BSC are fixed to the ground and/or patient using mechanical clamping equipment. A clamping device selectively secures the device during GC operation. In one embodiment, the GW and BSC are fixed relative to the ground with dynamic equipment such as robotic arms that operate to maintain their relative positions during GC operation. In one embodiment, when GW or BSC activity is detected, such as by sensors and/or imaging systems, GC activity is automatically turned off.

図16を参照すると、max{0,1-|e_device|_inf/e_max}と表されるシステムは、GW又はBSCのフィードバックエラー時に、以下のようにコマンド速度をGCに制限する:

Figure 0007242841000004
ここで、edeviceはGW又はBSCどちらかの誤差の上限である。機器のスリップによりGCの運動が有界であることを保証するために、最終的なGC速度は下げられる。vGC-SET(t)はユーザGCジョイスティック(ユーザ入力)速度設定ポイントを表す。emaxはGCとGW又はBSCのポジション間の最大許容トラッキングエラーである。 Referring to FIG. 16, the system denoted max{0,1-|e_device|_inf/e_max} limits the command rate to GC in the event of a GW or BSC feedback error as follows:
Figure 0007242841000004
where e_device is the upper bound of error for either GW or BSC. The final GC speed is reduced to ensure that the motion of the GC is bounded by instrument slip. vGC-SET(t) represents the user GC joystick (user input) speed set point. e max is the maximum allowable tracking error between GC and GW or BSC positions.

例示の方法300及び400のステップのコンピュータ実行可能命令は、コンピュータ可読媒体の形態において格納される。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータなどの情報のストレージとしてあらゆる方法又は技術で実施される、揮発性及び不揮発性、リムーバブル及び非リムーバブルの媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、フラッシュメモリ、又は他のメモリ技術、コンパクトディスクROM(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、又は他の光学ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、又は他の磁気ストレージデバイス、又は、所望の命令を記憶するために使用することができ、且つインターネット又は他のコンピュータネットワーク形式のアクセスを含む、システム10(図1に示す)によってアクセスすることができるあらゆる他の媒体を含むが、これらに限定されない。 Computer-executable instructions for the steps of exemplary methods 300 and 400 are stored in the form of computer-readable media. Computer readable media include volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. The computer readable medium may be random access memory (RAM), read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM), flash memory or other memory technology, compact disc ROM (CD-ROM), digital versatile A disk (DVD) or other optical storage, magnetic cassette, magnetic tape, magnetic disk storage or other magnetic storage device or can be used to store desired instructions and the Internet or other computer It includes, but is not limited to, any other medium that can be accessed by system 10 (shown in FIG. 1), including network-type access.

図17を参照すると、GWに関して一定速度プルバック動作技術が選択されている。一実施形態において、一定速度の値が多数の選択肢から選択されるか、或いはキーボードなどのユーザ機器を介して特定の速度が入力される。このような主ユーザインターフェースのオペレータによる後進方向の動作において、GWは一定速度で引き抜かれる。一実施形態において、定速動作技術は後進方向にのみ作用し、すなわち、後進方向は、後進方向における主ユーザインターフェースの動作位置の範囲にかかわらず、一定速度である。主ユーザインターフェースの前進方向への動作は、主インターフェースの動作の範囲に比例するか、あるいはこれに従う。 Referring to FIG. 17, a constant velocity pullback operation technique is selected for GW. In one embodiment, a constant speed value is selected from a number of options or a specific speed is entered via user equipment such as a keyboard. In such reverse motion by the operator of the main user interface, the GW is withdrawn at a constant speed. In one embodiment, the constant velocity motion technique only works in the reverse direction, ie, the reverse direction is a constant velocity regardless of the range of motion positions of the main user interface in the reverse direction. The forward motion of the main user interface is proportional to or follows the range of motion of the main interface.

一実施形態において、一定速度動作技術は、前進方向のGWの一定速度も可能にする。一実施形態において、ターボ入力ボタンが、一定速度をより速い速度まで増加させることを可能にする。一実施形態において、増加した一定速度は、ユーザがターボボタンを保持している間のみとなる。一実施形態において、一定速度の増加は、ターボボタンが押されると有効となって維持され、ターボボタンがオフされるまで有効に維持されることになる。一実施形態において、増加した一定速度は、所定の時間及び/又はGWの線状移動の所定の距離において、効果を維持する。 In one embodiment, the constant velocity operation technique also allows constant velocity of the GW in the forward direction. In one embodiment, a turbo input button allows constant speed to be increased to a higher speed. In one embodiment, the increased constant speed is only while the user holds the turbo button. In one embodiment, the constant speed increase will be enabled and maintained when the turbo button is pressed and will remain enabled until the turbo button is turned off. In one embodiment, the increased constant velocity remains effective for a given time and/or for a given distance of linear travel of the GW.

図示されていないが、押し込み性オーバーライド入力は、機器前進動作中に初期押し込み力制限に達した場合にのみ、増加した押し込み力を可能にする。このモードでは、モータ電流が、行き詰まる(所定の制限を超える)まで前進運動のトルクを増加させる。一実施形態において、当該力は処置全体に対して増加するか、又は初期力制限に達した後の限られた時間の間で力の増加が可能である。一実施形態において、ユーザは、押し込み性オーバライド機能を選択しないことによって、より低い所定の、又は選択された力の限界に戻すことができる。 Although not shown, the pushability override input allows increased push force only if the initial push force limit is reached during equipment advancement motion. In this mode, the motor current increases torque for forward motion until it hits a dead end (exceeds a predetermined limit). In one embodiment, the force increases over the course of the procedure, or the force increase is allowed for a limited time after the initial force limit is reached. In one embodiment, the user can return to a lower predetermined or selected force limit by deselecting the push-in override feature.

一実施形態において、技術(ADF、ウィグル、ジャックハンマー)は、カテーテル式処置システムにおける各EMDに対して独立して選択することができる。例えば、ガイドカテーテルにはADFを、ガイドワイヤにはウィグルを、BSCには点打を選択することができる。一実施形態において、複数の技術を同時に使用することができる。一実施形態において、特定の技術が選択されると、他の互換性のない技術は全て選択のためにもはや利用できなくなる。一実施形態において、選択に利用可能な可動技術は、画像及び/又は血流力学データなどの他の患者データに基づくが、これに限定されない。一実施形態において、画像データの処理に基づく選択に際して、特定の技術が自動的に強調表示されて推奨される。 In one embodiment, the technique (ADF, Wiggle, Jackhammer) can be selected independently for each EMD in the catheter-based treatment system. For example, one could choose ADF for a guide catheter, wiggle for a guide wire, and dotting for a BSC. In one embodiment, multiple techniques can be used simultaneously. In one embodiment, once a particular technology is selected, all other incompatible technologies are no longer available for selection. In one embodiment, the motion techniques available for selection are based on images and/or other patient data such as, but not limited to, hemodynamic data. In one embodiment, certain techniques are automatically highlighted and recommended upon selection based on processing the image data.

ここに記載した説明は、最良の形態を含めて発明を開示するために、及び、当業者が発明をなし使用することを可能にするために、例を用いている。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者の想到可能な他の例を含む。このような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの記載と異ならない構造的要素を有している場合、又は、特許請求の範囲の文字通りの記載とは異なる構造的要素を有している場合、又は特許請求の範囲の文字通りの記載とあまり違わない等価の構造的要素を有している場合でも、特許請求の範囲に含まれるとして意図されている。あらゆるプロセス又は方法のステップの順序及び並びは、代替の実施形態に従って変更され又は再配列され得る。 This written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and also to enable any person skilled in the art to make and use the invention. The scope of the invention is defined by the claims, and includes other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples may have structural elements that do not differ from those literally recited in the claims, or may have structural elements that differ from those literally recited in the claims. It is intended to be covered by the claims even if they have equivalent structural elements that do not differ materially from those literally recited in the claims. The order and arrangement of any process or method steps may be modified or rearranged according to alternative embodiments.

本発明の思想から逸脱することなく、本発明に多くの他の変更及び修正を加えることができる。これら及び他の変更の範囲は特許請求の範囲から明らかになる。 Many other variations and modifications can be made to the invention without departing from the spirit of the invention. The scope of these and other modifications will become apparent from the claims.

Claims (12)

脈管系を通し移動させる第1の細長い医療機器及び第2の細長い医療機器を有する装置と、該装置に接続されたコントローラとを備えたシステムであって、
前記コントローラは、
移動させる前記第1の細長い医療機器の線状変位の量及び方向を特定し、
前記第1の細長い医療機器の該特定された線状変位に応じて、前記第2の細長い医療機器を線状変位させ、この第2の細長い医療機器の線状変位が、前記第1の細長い医療機器の前記線状変位と実質的に等しい量で、前記第1の細長い医療機器の前記線状変位の方向と反対の方向である、ように構成され、
前記コントローラはさらに、前記第2の細長い医療機器の前記線状変位の量を測定し、該測定した量が所望の量と異なる場合に、(a)前記第1の細長い医療機器又は(b)前記第2の細長い医療機器のいずれかの前記線状変位の少なくとも1つのパラメータを変更するように構成される、システム。
A system comprising a device having a first elongated medical device and a second elongated medical device for movement through the vascular system and a controller connected to the device, comprising:
The controller is
identifying an amount and direction of linear displacement of the first elongated medical device to move ;
linearly displacing the second elongated medical device in response to the determined linear displacement of the first elongated medical device, the linear displacement of the second elongated medical device configured to be substantially equal to the linear displacement of the medical device and in a direction opposite to the direction of the linear displacement of the first elongated medical device;
The controller further measures an amount of the linear displacement of the second elongated medical device and, if the measured amount differs from a desired amount, either (a) the first elongated medical device or (b) A system configured to alter at least one parameter of the linear displacement of any of the second elongated medical devices.
前記少なくとも1つのパラメータの変更は、前記第2の細長い医療機器の前記線状変位の量を制限することを含む、請求項1に記載のシステム。 3. The system of claim 1, wherein changing the at least one parameter comprises limiting the amount of linear displacement of the second elongated medical device. 前記コントローラは、前記第2の細長い医療機器を線状変位させる駆動力の喪失が特定されると、前記少なくとも1つのパラメータを変更する、請求項2に記載のシステム。 3. The system of claim 2, wherein the controller changes the at least one parameter upon identification of a loss of driving force linearly displacing the second elongated medical device. 前記少なくとも1つのパラメータは、前記第1の細長い医療機器の前記線状変位の量又は速度を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the at least one parameter comprises an amount or speed of the linear displacement of the first elongated medical device. 前記第1の細長い医療機器がカテーテルであり、前記第2の細長い医療機器がガイドワイヤである、請求項1~4のいずれか1項に記載のシステム。 The system of any one of claims 1-4, wherein the first elongated medical device is a catheter and the second elongated medical device is a guidewire. 前記コントローラは、前記第1の細長い医療機器の前記線状変位に対し、前記第2の細長い医療機器を実質的に同時に線状変位させる、請求項1~5のいずれか1項に記載のシステム。 The system of any one of claims 1-5, wherein the controller linearly displaces the second elongated medical device substantially simultaneously with the linear displacement of the first elongated medical device. . 前記コントローラは、指令した動作とは異なる前記第2の細長い医療機器の予期せぬ動作を識別し、
前記コントローラは、前記第2の細長い医療機器の前記予期せぬ動作を識別したときに、前記第1の細長い医療機器又は前記第2の細長い医療機器の前記少なくとも1つのパラメータの変更を中止する、請求項1~6のいずれか1項に記載のシステム。
the controller identifies an unexpected motion of the second elongated medical device that differs from a commanded motion ;
the controller suspends modification of the at least one parameter of the first elongated medical device or the second elongated medical device upon identifying the unexpected motion of the second elongated medical device; A system according to any one of claims 1-6.
前記コントローラは、センサからの入力による前記第2の細長い医療機器の動作の検出に基づいて、前記第2の細長い医療機器の有無を検出する、請求項1~7のいずれか1項に記載のシステム。 8. The controller of any one of claims 1-7, wherein the controller detects the presence or absence of the second elongated medical device based on detecting motion of the second elongated medical device through input from a sensor. system. 前記コントローラは、前記第2の細長い医療機器の不在を検出したときに、前記第1の細長い医療機器又は前記第2の細長い医療機器の前記少なくとも1つのパラメータの変更を中止する、請求項8に記載のシステム。 9. The controller of claim 8, wherein the controller suspends modifying the at least one parameter of the first elongated medical device or the second elongated medical device upon detecting the absence of the second elongated medical device. System as described. 前記コントローラは、前記第2の細長い医療機器の前記線状変位が前記第1の細長い医療機器の前記特定された線状変位の第1の閾値内にあるとき、前記第2の細長い医療機器を線状変位させる駆動を終了する、請求項1~9のいずれか1項に記載のシステム。 The controller controls the movement of the second elongated medical device when the linear displacement of the second elongated medical device is within a first threshold of the determined linear displacement of the first elongated medical device. A system according to any one of claims 1 to 9, wherein the linearly displacing drive is terminated . 前記コントローラは、前記第2の細長い医療機器の前記線状変位が前記第1の細長い医療機器の前記特定された線状変位の第2の閾値より大きいときに、前記第2の細長い医療機器を線状変位させる駆動を再開し、前記第2の閾値が前記第1の閾値より大きい、請求項10に記載のシステム。 The controller causes the second elongated medical device to move when the linear displacement of the second elongated medical device is greater than a second threshold of the determined linear displacement of the first elongated medical device. 11. The system of claim 10 , wherein linear displacement drive is resumed and the second threshold is greater than the first threshold. 脈管系を通し移動させる1つ以上の別の細長い医療機器をさらに含み、該別の細長い医療機器の挙動が前記第2の細長い医療機器と同様に拘束される、請求項1~11のいずれか1項に記載のシステム。 12. Any of claims 1-11, further comprising one or more additional elongated medical devices for movement through the vasculature , wherein behavior of the further elongated medical devices is constrained in the same manner as the second elongated medical device. 1. The system according to claim 1.
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